超长冲程超低冲速采油装置的研制与应用

许大明（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

随着国内油田对难采储量的动用，低产低效井数不断增多，造成原油开采的能耗增加。而油田常用的游梁式抽油机在深抽、冲程冲速调节、节能以及间抽等需求方面存在一定局限性，不能完全满足现场需求。为了满足开发的需要，研制出一种以柔性钢丝绳取代部分抽油杆的超长冲程、超低冲速新型采油装置，分析了其结构和性能，以及在大庆油田的使用情况和节能效果。

1 系统组成及工作原理

图1 超长冲程、超低冲速高效采油装置示意图

图2 长冲程泵筒结构示意图

超长冲程、超低冲速高效采油装置（图1）使用电动机直接驱动行星减速器卷筒，井下配套长冲程抽油泵柱塞及泵筒（图2）。控制柜驱动电动机正、反转，滚筒带动钢丝绳完成往复运动，钢丝绳驱动井下抽油杆、抽油泵完成整个采油过程。通过设定上、下冲程间的停机时间，油井还可以实现智能间歇采油。同时，通过加装载荷及转速传感器和远传模块，可实现示功图监测、数据采集和远程传输。

2 技术特点

2.1 冲程损失小、泵效高

本装置使用长冲程泵筒和柱塞密封，采用多级泵筒连接，泵筒间同轴度小于0.03mm。通过计算，下泵深度1000m时，该采油装置的冲程损失率仅为常规游梁式抽油机的二十四分之一，更有利于提高泵效（表1）。

表1 冲程损失对比

2.2 减少杆管磨损，延长检泵周期

该采油装置冲速控制在0～12h-1范围内。对于产量5m3/d的油井，常规抽油机冲速为每天5760次，而该装置为每天288次，杆管磨损次数大幅度降低。针对上、下冲程换向点载荷变化大、振动大的问题，电源控制柜采用柔性启停机，消除了载荷冲击[2]。同时，采用部分柔性钢丝绳取代抽油杆，有效降低抽油杆工作载荷。

2.3 设备运行安全可靠

在已有采油装置基础上进行了地面结构优化，采用电动机、减速器直驱方式，减少了传动环节，提高了系统可靠性[3]。

通过涂覆耐磨、耐腐蚀的复合高分子材料，优化钢丝绳与保护外层的包裹方式（图3），提高了钢丝绳破断拉力和接头压接强度[4]，提升了柔性绳表面涂层胶合度、注塑延伸率、摩擦系数、耐温性。目前钢丝绳使用免修期已达460天。

图3 钢丝绳工艺改进

2.4 配套高效刮蜡器

针对油井结蜡问题，研制了旋转式井筒刮蜡装置，井筒内抽油杆每间隔40m安装1个刮蜡器（图4）。随抽油杆上提和下放往复运动，刮蜡器对整个井筒进行旋转式刮蜡作业，同时刮蜡器表面涂有防结垢涂层，使油井结蜡速度得到减缓[5]。

图4 旋转刮蜡器示意图

3 现场试验及效果

在大庆油田外围某区块现场试验40口井，替换原游梁式抽油机，采用超长冲程、超低冲速参数、智能间歇采油生产（表2）。在生产过程中，由于井口密封装置多级密封，提高了井口密封性能，同时具有调偏、对中功能，降低了柔性钢丝绳磨损，保证其运行可靠［6］。全过程未发生井口跑油、滴漏的问题，有效地保护了井场环境。单井平均免修期与常规游梁式抽油机相比提高70天。

表2 应用效果及性能对比

4 经济效益

措施实施后，单井平均日增油0.3t，与措施前相比，泵效由25.2%提高到65.3%，节电率为58.9%，单井日节电85.8kWh，增油效益为1401.6万元/a，节电效益为84.41万元/a。

5 结论

1）超长冲程、超低冲速高效采油装置简化了传动环节，冲程、冲速可调范围大，泵效和系统效率得到大幅度提升。

2）长冲程、慢冲速的生产参数减少了杆管磨损，延长了检泵周期，实现设备安全高效运行。

3）该技术在低产井上具有广阔的应用前景。通过开展新投产区块一体化设计和规模化应用推广，预计可以进一步降低一次性投资和机采井能耗。