采油工程举升装备技术发展探讨

张义威（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

在油气田开发过程中，人工举升装备的作用是通过借助外力做功，将地下的油气资源开采到地表，截至2018 年底，我国陆上油气田采用人工举升装备的机采井比例已经超过总井数的98%。可以说，举升装备的技术先进性、可靠性，对于油气田生产具有举足轻重的作用。目前，我国陆上油田常用的举升装备主要有抽油机、潜油电泵、螺杆泵三大类，还有一些气举、提捞采油等技术应用面不太广。但是这些举升装备大部分是上个世纪60 年代～80 年代就开始使用的，随着油田持续稳产、环保节能的要求越来越高，需要我们持续加强研究，按照新的发展趋势推进人工举升装备技术新发展。

1 人工举升装备技术现状

人工举升装备分为有杆泵和无杆泵两类。其中抽油机、地面驱动螺杆泵属于前者，而潜油电泵、电潜螺杆泵则属于后者。由于工艺、结构的不同，各种举升装备的适用范围也不尽相同。

1.1 抽油机

抽油机举升技术已有百年历史，出现在我国是在上个世纪中期，那时完全依赖进口，后随着国家经济、技术的发展，各大油田开始自行生产抽油机。这种举升装备的特点就是结构简单、皮实耐用，因此广泛应用于各种开发条件上，国内抽油机装备占比高达87%[1]。

1.2 潜油电泵

该举升装备是通过油管将多级离心泵下入井底，通过地面电源、输送电缆将能量输入离心泵电动机，将液体举升到地面。该技术自上世纪80 年代引入我国后发展迅速，目前大庆油田力神泵业已形成一整套研发、生产和现场应用技术，可应用于各种产液量超过30 m3/d、温度低于180 ℃的油井、排水采气井中，且检泵周期普遍超过1 000 天，效果较好[1]。

1.3 地面驱动螺杆泵

螺杆泵是容积式泵，依靠螺杆和衬套形成的密闭腔的容积变化来吸入和派出液体。从国外引进后，由于其可以克服抽油泵对高黏度、高含砂采出液及潜油电泵对高含气采出液的缺点，成为继抽油机和电泵后我国陆上油田广泛采用的第三种举升装备，尤其是对聚驱、三元驱等三次采油区块有较好的适应性。

2 出现的问题与对策

2.1 抽油机

抽油机在使用过程中结实可靠，但由于“四连杆”机构和工艺条件的先天不足，在广大油田使用过程中还存在一些问题：一是系统整体能耗高，据相关数据表明，某大型油田该类型装备整体能耗占油田总能耗比例超过30%；二是系统效率偏低，陆上油田普遍不超过25%；三是抽油杆、活塞在上下往复运用中极易与抽油管、泵筒发生偏磨，后期修井维护费用较高。

针对这些问题，各大油田和科研机构都做了大量扎实细致的研究工作。如研发的功率法调平衡、动态控制等技术，极大地提升了电动机载荷与油井载荷的匹配度，降低单井耗电；规模应用伺服电动机，实现精密调整冲速，减少冲速间的能量浪费，提升系统效率；推进长冲程、慢冲速的塔架式抽油机，冲程超过6 m，节能效果极为显著；研究高强度抽油杆、内喷涂油管和扶正器，延长检泵周期；研究碳纤维连续抽油杆技术，增强杆管使用寿命。

2.2 潜油电泵

由于潜油电泵是离心泵，没有降温循环装置，只能通过井下采出液进行降温，因为对产液量要求较高。同时由于离心泵容易出现气蚀现象，对于高产气井的应用存在制约。因此在使用过程中，必须强化液量、液面管理，对于出现液量、液面下降的机采井，要通过增注、补充地层能量的方式进行缓解，以防烧泵。

2.3 地面驱动螺杆泵

该技术应用变频控制柜可以精确调整转子转数，实现匹配动液面设定运转参数，能耗较低。但在实际应用中，由于抽油杆是平面扭转驱动，容易发生屈曲、偏磨，同时由于衬套为橡胶材质，也是依靠采出液循环降温，对液面要求较高，空转易发生烧泵。

3 面临的开发形势与技术发展趋势

目前，中央提出大力提升勘探开发力度和打赢污染防治攻坚战，对采油工程举升装备提出了更加高效控本、更加绿色节能的要求。在对现有技术进行优化升级的同时，举升装备应该向持续向高效率、高融合性、高可靠性、高智能化方向发展。

3.1 更加高效的举升装备技术

目前，国内陆上规模油气田大部分已进入高含水或特高含水开发阶段，以大庆油田为例，长垣老区部分区块平均综合含水已达95%以上。随着综合含水的升高，地面处理的成本也随之增高、布井数量也随之增多，经济性效益型已经不符合油田发展趋势。同时，随着二类油层、三类油层的规模动用，连通性和可动用程度均较差，注水网点、补充地层能量的需求的急剧增加。因此应该快速推进同井注采装备的研究，通过井下油-水分离装置，对采出液进行初步分离，低含水液被举升到地面，高含水液被回注到地层中，实现单井同注同采，大幅提升工作效率。这种技术可以提高经济采收率，在原有单采的基础上，打造了新的注采体系。从目前已试点应用的情况看，可以减少地面采出水处理量70%以上[2]，在减少水处理成本的同时，延长了特高含水期油田的开采寿命。随着井下工具、材料工艺、电子通讯技术的提升，该技术可以广泛应用于国内各大油田。

同时，针对电泵日耗电是普通抽油机的3 倍左右的问题，加强高效节能井下潜油电泵电动机技术研究[3]。国外最近研发了井下永磁电动机潜油电泵技术，相比传统异步电动机潜油电泵平均节能15%以上[4]，为潜油电泵节能降耗提供了新思路。

3.2 更加融合的举升装备技术

近年来，国内陆上油田新开发区块及稠油、非常规油气资源领域，绝大多数都面临地面条件、地质构造复杂的情况，水平井、丛式井、斜井的数量不断增加，对举升装备提出了新要求。应该综合统筹三种常规举升装备的优缺点，推进融合技术发展。

一是推进抽油泵+潜油电泵模式。利用抽油泵耐用可靠、对液量要求不高和潜油电泵无杆举升、没有偏磨缺点的优势，研究往复电潜柱塞泵举升装置技术。在井下采用永磁直线电动机，驱动柱塞泵上下往复运动，既实现了特低液量的开采，又能避免抽油杆、管之间的摩擦。同时，在供液不足可以实现间抽，减低举升能耗，解决了低产井的高耗能、偏磨严重问题[5]，具有较高的推广价值。

二是推进螺杆泵+潜油电泵模式。利用螺杆泵对含气、含砂、稠油的高适应性和电泵无杆优势，研究电潜螺杆泵举升装置技术。通过井下低速电动机直接驱动螺杆泵，减少减速关节，提高系统的可靠性，最大限度降低减速器的能耗损失，提升举升效能。

3.3 更加可靠的举升装备技术

目前，三次采油已经规模应用在国内陆上油田，高黏度、高浓度采出液进一步加剧了井下杆管腐蚀和磨损。

在聚驱采出液中，由于非牛顿流体产生的法向力影响[6]，机采井杆管偏磨十分严重，个别井检泵周期甚至不足100 天。目前多数采用的解决对策是优化扶正器配置、使用低磨阻泵、强化洗井等。并从装置本身入手，通过仿生技术，研发自行防蜡、脱蜡、排蜡的新材料，降低活塞与泵筒、抽油杆与油管、扶正器与油管的摩擦系数和阻力，降低检泵率。

在强碱三元复合驱采出液中，结垢、腐蚀性的情况层出不穷。要从物理和化学两方面入手开展研究：物理上推进装备材质本身的防垢、抗腐蚀性能研究；化学上实现根据区块采出液特点个性化研制防垢剂。

3.4 更加智能的举升装备技术

油田数字化发展已成为主流趋势。随着数字化油田的建设，举升装备的智能化、信息化配件已成为标配。要进一步研究举升装备的自动采集数据信息、远程监测控制、限值报警、自动调节参数、远程软启停、故障诊断等技术，在推进节能降耗的同时，实现少人高效，让举升装备成为智慧装备[7]。

4 结论

随着节能减排、绿色环保的主流趋势和陆上油田进入后开发阶段的实际情况，油田降本增效和持续稳产这一看似矛盾的问题摆到了一起，采油工程举升装备要围绕更为复杂的地下地面工况，应用同井注采工艺实现更好效率，推进抽油机、螺杆泵、电泵多种举升装备的融合发展，应对多重工况条件，加强配套抽油杆、油管和扶正器的耐磨、放垢研究，延长检泵周期，不断提升智能化水平，满足数字化油田需要。