采油設(shè)備綜述

1、采油設(shè)備綜述采油設(shè)備綜述機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 11-02 班摘要摘要：由于某些地質(zhì)、技術(shù)或經(jīng)濟(jì)因素而未能有效的保持地層能力，以及在油田注水后期油井含水上升之后，為了保持油井產(chǎn)量而采用深井泵進(jìn)行強(qiáng)采。因?yàn)槲覈?guó)的油田大多數(shù)處于長(zhǎng)期開(kāi)采后期的老油田，所以，深井泵采油法是一種主要的采油方法， 采油設(shè)備的發(fā)展影響著我國(guó)的采油能力和產(chǎn)量。 雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，適合于深井、大產(chǎn)量和較復(fù)雜條件的水力活塞泵及電動(dòng)潛油泵的比例逐漸增加，但目前在機(jī)械采油中占絕對(duì)多數(shù)的還是游梁式深井泵裝置。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：采油方法、采油設(shè)備、機(jī)械采油、游梁式抽油機(jī)、抽油泵、有桿泵采油和無(wú)桿泵采油等。在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，油田由于地層能量

2、逐漸下降，到一定時(shí)期地層就不能油井保持自噴，有些油田則因?yàn)榫壥堑讓幽芰Φ突蛴统硪婚_(kāi)始就不能自噴。油井不能保持自噴時(shí)， 或雖能自噴但產(chǎn)量過(guò)低時(shí)， 就必須借助機(jī)械能量進(jìn)行采油。 目前，采用的機(jī)械采油方法有氣舉采油和深井泵采油， 深井泵才有包括用游梁式深井泵裝置的有桿泵采油及用水力活塞泵、電動(dòng)潛油泵和射流泵等無(wú)桿泵采油。盡管?chē)?guó)內(nèi)外都廣泛采用注水保持低層能量，然而，由于某些地質(zhì)、技術(shù)或經(jīng)濟(jì)因素而未能有效的保持地層能力，以及在油田注水后期油井含水上升之后，為了保持油井產(chǎn)量而采用深井泵進(jìn)行強(qiáng)采。 因?yàn)槲覈?guó)的油田大多數(shù)處于長(zhǎng)期開(kāi)采后期的老油田，所以， 深井泵采油法是一種主要的采油方法，采油設(shè)備的發(fā)展影響著我

3、國(guó)的采油能力和產(chǎn)量。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，適合于深井、大產(chǎn)量和較復(fù)雜條件的水力活塞泵及電動(dòng)潛油泵的比例逐漸增加， 但目前在機(jī)械采油中占絕對(duì)多數(shù)的還是游梁式深井泵裝置。國(guó)內(nèi)外采油方法：國(guó)內(nèi)外采油方法：1 自噴采油：利用地層自身能量將地層液體舉升到地表面的方法。2 人工舉升采油（機(jī)械采油） ：其形式包括很多種，如圖 1-1。3 二次采油：注水增加地層能量；透水。4 三次采油：聚合物調(diào)剖劑；生物降粘劑；鉆水平井。人類(lèi)有著 1600 年左右的石油開(kāi)采歷史，直到 1848 年俄國(guó)工程師在巴庫(kù)東北方的半島開(kāi)采了第一口現(xiàn)代油井后，人類(lèi)才步入了現(xiàn)代化的石油開(kāi)采時(shí)代。其中機(jī)械采油裝備經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展， 逐漸形

4、成了當(dāng)今有桿采油裝備和無(wú)桿采油裝備兩大體系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有 100 萬(wàn)口左右的在產(chǎn)油井，其中使用有桿采油裝備的約占到 90%以上，這些有桿采油裝備的驅(qū)動(dòng)裝置采用游梁式抽油機(jī)的約占到 80%以上。以下是對(duì)有桿采油設(shè)備和無(wú)桿采油設(shè)備原理結(jié)構(gòu)的具體描述。 （重點(diǎn)描述游梁式抽油機(jī)的特點(diǎn)。 ）無(wú)桿采油：無(wú)桿采油：電動(dòng)潛油泵、水力活塞泵、氣舉采油和潛油單螺桿泵等。1 電動(dòng)潛油泵：潛油電泵采油原理是潛油電泵機(jī)組下入油井內(nèi)一定深度，在一定的沉沒(méi)壓力下，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心泵高速旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，井內(nèi)油流經(jīng)過(guò)分離器分離出部分游離的氣體后，進(jìn)入多級(jí)離心泵，油流在多級(jí)離心泵多級(jí)增壓形成足夠的壓頭，并被舉升至地面。由于受

5、到套管直徑的限制，泵的直徑很小，為了保持足夠的壓頭，所以采用多級(jí)離心泵的結(jié)構(gòu)，外觀看上去比較細(xì)長(zhǎng)。2 水力活塞泵：水力活塞泵是一種液壓傳動(dòng)的無(wú)桿抽油設(shè)備，其井下部分主要液壓馬達(dá)、抽油泵和滑閥控制機(jī)構(gòu)組成。動(dòng)力由地面加壓后，經(jīng)油管或?qū)Ｓ脛?dòng)力液管傳至井下，通過(guò)滑閥控制及機(jī)構(gòu)不斷改變供給液馬達(dá)的液體流向來(lái)驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)抽油泵進(jìn)行抽油。水力活塞泵抽油系統(tǒng)，是由許多不同的機(jī)械或設(shè)備聯(lián)合成的一個(gè)整體。整個(gè)系統(tǒng)由兩大部分組成，即水力活塞泵抽油裝置以及地面流程。水力活塞泵的抽油裝置包括：水力活塞泵井下機(jī)組、井下管柱結(jié)構(gòu)和井口。地面流程包括：地面高壓泵組、高壓管匯流、動(dòng)力液處理裝置和計(jì)量裝置與地

6、面管線。水力活塞泵對(duì)含蠟、稠油、斜井及水平井具有將強(qiáng)的適應(yīng)性，其主要缺點(diǎn)是機(jī)組機(jī)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，動(dòng)力液處理費(fèi)用高，計(jì)量困難。3氣舉采油：是基于U型管的原理，利用高壓壓氣機(jī)，從油管與套管的環(huán)形空間裝在油管上的氣舉閥將氣體不斷的注入到油管內(nèi)， 使油管內(nèi)的液體與注入的氣體混合，降低液柱的密度， 減小液柱對(duì)井底的回壓， 從而使油層與井底之間形成足夠的壓力差，油層內(nèi)的原油不斷的流入油管內(nèi)，并被舉升到地面。4 潛油單螺桿泵：這種裝置類(lèi)似于電動(dòng)潛油泵，自上至下為單螺桿泵、保護(hù)器和潛油電動(dòng)機(jī)等。它的螺桿與螺旋輸送機(jī)的螺旋槳類(lèi)似，旋轉(zhuǎn)時(shí)推動(dòng)油液前移；又與專門(mén)的襯套配合，在軸向?qū)⒂土鞣指糸_(kāi)，在徑向?qū)⒂土饕?/p>

7、分為二，使襯套的內(nèi)螺旋面與螺桿表面之間形成一個(gè)一個(gè)密閉的腔室。 當(dāng)靠近吸入腔的第一個(gè)腔室容積增加時(shí)，油液在壓差作用下進(jìn)入油泵內(nèi)，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，此腔室封閉，油液被推擠，像排出端移動(dòng)，達(dá)到增壓和排油的目的。以上是對(duì)無(wú)桿采油設(shè)備的幾大典型設(shè)備綜述。有桿采油：有桿采油：三抽設(shè)備（抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵。 ）抽油機(jī)：將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為抽油桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。抽油桿：把地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給抽油泵。抽油泵：吸入并排出一定高壓的原油。抽油機(jī)的分類(lèi)：結(jié)構(gòu)型式：常規(guī)型、前重型、偏置型、斜井式、低絞式、潔動(dòng)式。減速器傳動(dòng)方式：齒輪式、鏈條式、皮帶式、行星輪式。驢頭結(jié)構(gòu)驢頭：上翻式、側(cè)翻式、分裝式、整體式

8、、旋轉(zhuǎn)式、大輪式、雙驢頭式、異驢頭式。平衡方式：游梁平衡、曲柄平衡、復(fù)合平衡、液和平衡、氣動(dòng)平衡、差動(dòng)平衡。驅(qū)動(dòng)方式：普通異步電機(jī)、多速通異步電機(jī)、變壓異步電機(jī)、大轉(zhuǎn)差率電機(jī)、超轉(zhuǎn)差率電機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、直線電機(jī)。圖圖 1-11-11 1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)常規(guī)游梁式抽油機(jī)( (以此作為示例描述。)：是油田使用歷史最悠久，使用數(shù)量最多的一種抽油機(jī)。該機(jī)采用具有對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)或近似對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，長(zhǎng)沖程時(shí)平衡效果差，效率低，能耗大。其原理就是四連桿機(jī)構(gòu)如圖所示常規(guī)抽油機(jī)的組成：主要由驢頭、游梁、曲柄、連桿、平衡重、減速器、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架、橫梁、懸繩器等

9、組成。 （驢頭：由鋼板焊接而成，為了便于起放抽油桿，將其制成上翻式和側(cè)轉(zhuǎn)式。 ）懸點(diǎn)：在驢頭上的位置是變化的，所受的載荷也是變化的。驢頭懸點(diǎn)上作用有六種載荷：1) P桿:抽油桿自衛(wèi)重,P桿(抽油桿在油中的重量),方向向下。2) P油：油管內(nèi)、柱塞上的油柱重，方向向下。3) P壓：油管外油柱對(duì)柱塞下端的壓力，方向向上。4) P桿慣和 P油慣：抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性載荷，大小與懸點(diǎn)的加速度成正比，方向與加速度相反。5) P振：抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)載荷，大小和方向都是變化的。6) P摩干和 P摩液：柱塞與泵筒間、抽油桿與油管間的半干摩擦力；抽油桿與油柱間、油柱與油管間及油流通過(guò)抽油泵閥

10、的液體摩擦力。方向與抽油桿的運(yùn)動(dòng)方向相反。游梁式抽油機(jī)的平衡：上、下沖程時(shí)，懸點(diǎn)載荷不一樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷在上、下沖程時(shí)也不一樣。上沖程時(shí)，發(fā)動(dòng)面付出很大的能量，而下沖程時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)作負(fù)功。載荷的不均勻，將影響四連桿機(jī)構(gòu)、減速器、發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和壽命；也惡化了抽油桿的工作條件，使抽油桿的斷裂次數(shù)顯著增加。設(shè)置平衡是為了盡可能消除負(fù)功， 使減速器、 發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷變均勻。 避免以上缺點(diǎn)。 可采用機(jī)械平衡方式、氣動(dòng)平衡方式和復(fù)合平衡方式。常規(guī)游梁式抽油機(jī)缺點(diǎn)及其影響因素：常規(guī)游梁式抽油機(jī)自誕生以來(lái)，歷經(jīng)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地域油田的考驗(yàn)，經(jīng)久不衰。目前仍在國(guó)內(nèi)外油田普遍使用。常規(guī)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

11、制造容易、可靠性高、耐久性好、維修方便、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況等優(yōu)點(diǎn)，在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位。但是由于常規(guī)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，決定了它平衡效果差，曲柄凈扭矩脈動(dòng)大，存在負(fù)扭矩、載荷率低、工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占 30左右，年耗電量占油田總耗電量的 2030，為油田電耗的第二位，僅次于注水。抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷狀況是影響抽油機(jī)能耗的主要因素。人們普遍認(rèn)為，游梁機(jī)工作效率不高的主要原因是其載荷特性與所用普通三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配， 電機(jī)的負(fù)載率過(guò)低致使電機(jī)以較低的效率運(yùn)行。抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和抽油泵工作的特點(diǎn)，形成了抽油機(jī)特有的負(fù)荷特性：帶有沖擊的周期交變載荷。在抽油機(jī)運(yùn)行的一

12、個(gè)周期內(nèi)：上沖程時(shí)，懸點(diǎn)要提升沉重的抽油桿和油液柱需要減速器傳遞很大的正向轉(zhuǎn)矩：下沖程時(shí)，輸出軸放下落的懸點(diǎn)負(fù)荷(抽油桿自重)正向拖動(dòng)，使主動(dòng)軸反向做功，減速器要傳遞較大的反向轉(zhuǎn)矩。電機(jī)在一個(gè)沖程中的某些時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動(dòng)，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)交成了電能回饋電網(wǎng)， 但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收。 引起附中能量損失。目前游梁式抽油機(jī)主要采用曲柄平衡，即使在平衡良好的情況下，減速器輸出軸仍然存在較大正峰值轉(zhuǎn)矩和較大的負(fù)轉(zhuǎn)矩。平衡程度越差，其正、負(fù)轉(zhuǎn)矩的峰值越大， 抽油機(jī)的能耗也就反之增加。負(fù)轉(zhuǎn)矩的存在必然導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，電能回饋電網(wǎng)造成電力

13、系統(tǒng)的附加能量損失，這樣一栗實(shí)際上使異步電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參與了抽油機(jī)的平衡運(yùn)動(dòng)， 因?yàn)槌橛蜅U下落時(shí)所釋放的機(jī)械能能除了部分轉(zhuǎn)變成平衡重的位能，還有部分通過(guò)電機(jī)的再生發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)化成了電能，但所產(chǎn)生電能又不能被電網(wǎng)全部吸收，造成了能量的浪費(fèi)。同時(shí)負(fù)轉(zhuǎn)矩的存在又加速了曲柄銷(xiāo)的破壞，使減速器的齒輪經(jīng)常受反向負(fù)荷，降低了抽油機(jī)的使用壽命。由于以上原因，各種類(lèi)型的抽油機(jī)不斷出現(xiàn)。由于以上原因，各種類(lèi)型的抽油機(jī)不斷出現(xiàn)。2 前置式抽油機(jī)：前置式抽油機(jī)平衡后的理論凈扭矩曲線是一條比較均勻的接近水平的直線，因此其運(yùn)行平穩(wěn)，減速箱齒輪基本無(wú)反向負(fù)荷，連桿、游梁不易疲勞損壞，機(jī)械磨損小，噪聲比常規(guī)式抽油機(jī)低，整機(jī)壽命長(zhǎng)。

14、前置式抽油機(jī)可配置較小功率的電動(dòng)機(jī)，節(jié)能效果顯著。與常規(guī)式抽油機(jī)相比，具有體積小、重量輕、節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)。3 偏置式抽油機(jī)：又稱異相曲柄平衡式抽油機(jī)，特點(diǎn)是平衡塊中心線相對(duì)于曲柄中心偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這種機(jī)型國(guó)外 60 年代發(fā)展起來(lái)并得到 API 的承認(rèn)。試驗(yàn)表明，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的偏置式抽油機(jī)節(jié)電可達(dá) 20。4 鏈條式抽油機(jī)：是一種無(wú)梁抽油機(jī)，具有慣性載荷小，沖程長(zhǎng)度大的特點(diǎn)，重量輕，節(jié)省電能的優(yōu)點(diǎn)。包括傳動(dòng)部分、換向部分、懸吊部分和機(jī)架等組成。主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用鏈條為換向機(jī)構(gòu)。軌跡鏈條上有一個(gè)特殊的鏈節(jié)，其上裝有向外的主軸銷(xiāo)和滑塊。主軸銷(xiāo)可在滑塊的套筒中轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊與往返架相連，并可在其中做水平運(yùn)動(dòng)

15、。5 下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)：是在原常規(guī)游梁抽油機(jī)的游梁尾端，利用變矩原理增加簡(jiǎn)單的下偏杠鈴所形成的一種新型節(jié)能抽油機(jī)。 該機(jī)繼承和保留了原常規(guī)游梁式抽油機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，這種類(lèi)型可用于新機(jī)制造，又可用于現(xiàn)場(chǎng)在用的常規(guī)抽油機(jī)(含偏置機(jī))的節(jié)能改造，其改造技術(shù)是目前最簡(jiǎn)單易行的，節(jié)能效果也較明顯。6 液壓抽油機(jī)：是在常規(guī)式游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展生產(chǎn)的新一代抽油設(shè)備，它不僅保持了常規(guī)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，還具有運(yùn)行參數(shù)可調(diào)，節(jié)能，系統(tǒng)效率高等特點(diǎn)，是一種新型節(jié)能抽油機(jī)。主要特點(diǎn):能耗低、調(diào)參方便、體積小、重量輕、便于安裝維修和搬運(yùn)、平衡效果好、具有超載和斷載保護(hù)裝置，并能自動(dòng)停機(jī)報(bào)警、產(chǎn)品通過(guò)美國(guó)石油學(xué)會(huì) A

16、PI Spec 11E 認(rèn)證，并獲得 API 會(huì)標(biāo)使用權(quán)。7 雙驢頭游梁式抽油機(jī)：該機(jī)是將常規(guī)機(jī)游梁與橫梁的鉸鏈連接，改為變徑圓弧的后驢頭、 鋼絲繩與橫梁之間的軟連接， 構(gòu)成變參數(shù)四桿機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，克ItT 原機(jī)構(gòu)的死角，增加游梁擺角，沖程提高 2070， 。由于采用變徑圓弧的游梁后臂，使其實(shí)現(xiàn)負(fù)載大時(shí)平衡力矩大，負(fù)載小時(shí)平衡力矩小的工作狀態(tài)。從而使減速器輸出扭矩波動(dòng)小，達(dá)到加強(qiáng)平衡，降低能耗的目的。這種機(jī)型是目前除常規(guī)機(jī)以外發(fā)展最迅速的機(jī)型。此外， 還有很多新型游梁式抽油機(jī)， 例如大輪式抽油機(jī)、 重錘式游梁液壓抽油機(jī)、大圈式抽油機(jī)，調(diào)徑變矩游梁平衡抽油機(jī)、懸掛偏置游梁平衡抽油機(jī)、斜井抽油機(jī)、活動(dòng)式抽油機(jī)、低矮型游梁抽油機(jī)、前置式氣動(dòng)平衡游梁式抽油機(jī)等，這里不再贅述。有桿抽油的井下抽油泵：有桿抽油的井下抽油泵：管式泵、桿式泵等。桿式抽油泵：檢泵方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，在相同的油管直徑下允許下入的泵 徑 較 管 式 泵 要 小 ，適 用 于 下 泵 深 度 較 大 ，產(chǎn) 量 較 小 的 油井 。 該泵地面驅(qū)動(dòng)裝置為游梁式或非游梁式抽油機(jī)。管式抽油泵 ： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在相同油管直徑下允許下入的泵徑比桿式泵大，因而排 量大。但檢泵時(shí)必須