[科普中国]-机械采油

介绍

当油层的能量不足以维持自喷时，则必须人为地从地面补充能量，才能把原油举升出井口。如果补充能量的方式是用机械能量把油采出地面，就称为机械采油。

机械采油可分为气举采油法和深井泵采油法。目前，国内外机械采油装置主要分有杆泵和无杆泵两大类。有杆泵地面动力设备带动抽油机，并通过抽油杆带动深井泵。无杆泵不借助抽油杆来传递动力的抽油设备。目前无杆泵的种类很多，如水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等。目前应用最广泛的还是游梁式抽油机深井泵装置。因为此装置结构合理、经久耐用、管理方便、适用范围广。

有杆泵采油有杆泵采油是指游梁式有杆泵采油方法，该方法以其结构简单、适应性强以及寿命长等特点，成为目前最主要的机械采油方法。

设备游梁式有杆泵采油系统主要由抽油机、抽油杆和抽油泵“三抽”设备组成。其工作过程是：由动力机经传动皮带将高速旋转运动传递给减速箱，经三轴二级减速后，再由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上、下摆动，挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞做上、下往复运动，从而将原油抽汲到地面。

（1）抽油机

抽油机是有杆泵采油的主要地面设备，按是否有游梁，可将其分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。
游梁式抽油机是通过游梁和曲柄连杆机构将曲柄的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。按结构不同可将其分为常规型和前置型两类。常规型游梁式抽油机是目前矿场上使用最为普遍的抽油机，其特点是支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。前置型游梁式抽油机的减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，使得抽油机的规格尺寸大为减少，并且由于支点前移，使上、下冲程时间不等。为提高冲程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状态，国内外还出现了许多变形抽油机，如异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁等抽油机。

为减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，国内外研制了许多不同类型的无游梁式抽油机。其特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。目前，无游梁式抽油机主要有：链条式、增距式和宽带式抽油机。
（2）抽油泵
抽油泵是有杆泵抽油系统中的主要设备，主要由工作筒(外筒和衬套)、活(柱)塞及阀(游动阀和固定阀)组成。抽油泵按其结构不同可分为管式泵和杆式泵。管式泵适用于下泵深度不大、产量较高的井。杆式泵适用于下泵深度较大，但产量较低的井。

由于井液性质的复杂性，对泵往往有特殊要求，因此，从用途上又可将抽油泵分为常规泵和特种泵。特种泵主要有防沙泵、防气泵、抽稠油泵、分抽混出泵和双作用泵以及各种组合泵等。
（3）光杆和抽油杆

光杆主要用于连接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口密封盒配合密封井口。常用的抽油杆主要有普通抽油杆、玻璃纤维抽油杆和空心抽油杆三种。普通抽油杆的特点：机构简单、制造容易、成本低、直径小，有利于在油管中上下运动。因此，它主要用于常规有杆泵抽油方式。玻璃纤维抽油杆的特点是：耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超冲程，有利于提高泵效。空心抽油杆由空心圆管制成，成本较高，它可用于热油循环和热电缆加热等特殊抽油工艺，也可以通过空心通道向井内添加化学药剂。适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。

优点(1)其设计方法及设备结构简单，管理方便，操作和搬迁容易，对一般油井都比较适用。并可用于小井眼油井和分层开采的油井，可把油井开采至非常低的压力。

(2)通常采取自然排气，因此有利于天然气从井内排出，比较容易消除气体影响。

(3)具有较大的灵活性，当油井的产能变化时，能通过调节泵径和其它工作参数，使泵的排量同油井的产能相适应。
(4)能方便地进行各种地面和井下测试，可及时准确地分析地面和井下设备的工作状况。
(5)适用于开采高粘原油，同时也比较容易处理井下结蜡、结垢和腐蚀等问题。

缺点(1)在井身弯曲的油井中往往产生严重磨损，使抽油杆和油管的损坏频率升高，因此会影响油井的正常生产，同时使采油成本增加。

(2)当井液含砂和其它固体颗粒较多时，极易出现卡泵。另外在油气比过高时，排气会使泵效降低，甚至会使泵发生“气锁”而失效。
(3)下泵深度受抽油杆强度的限制，并且随着下泵深度的增加，泵效很快下降，事故频率也随之升高。当泵下到一定深度后，泵就会完全失效。
(4)设备体积较大，在市区使用引人注目，在海上油井上使用显得过于笨重。电源必须架设到井口，因此不宜在沼泽、水网等地理条件比较复杂的地区使用。
(5)极易受结蜡的影响，而且还不能采用涂料油管来防蜡和防腐。

无杆泵采油无杆泵采油是不借助抽油杆来传递动力的抽油设备。目前无杆泵的种类很多，如水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等。目前应用最广泛的还是游梁式抽油机深井泵装置。因为此装置结构合理、经久耐用、管理方便、适用范围广。

潜油电泵潜油电泵的全称是电动潜油离心泵(简称电泵)。它以排量大、自动化程度高等显著的优点被广泛应用于原油生产中，是目前重要的机械采油方法之一。

典型的潜油电泵井系统主要由三部分组成：(1)地面部分，包括变压器、控制屏、接线盒和特殊井口装置等。(2)中间部分，主要有油管和电缆。(3)井下部分，包括多级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。上述三部分的核心是潜油电机、保护气、油气分离器、多级离心泵、潜油电缆、控制屏和变压器七大部件。工作时，地面电源通过变压器变为电机所需要的工作电压，输入到控制屏内，然后经由电缆将电能传给井下电机，使电机带动离心泵旋转，把井液通过分离器抽入泵内，经泵的液体由泵的叶轮逐级增压，经油管举升到地面。

水力活塞泵水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备，它是由地面动力泵通过油管将动力液送到井下驱动油缸和换向阀，从而带动抽油泵抽油工作的一种人工举升采油设备。

水力活塞泵系统由三部分组成：井下、地面和中间部分。井下部分是水力活塞泵的主要机组，它由液动机、水力活塞泵和滑阀控制机构三个部件组成，起着抽油的主要作用；地面部分由地面动力泵、各种控制阀及动力液处理设备等组成，起着供给和处理动力液的作用；中间部分有中心动力油管以及提供原油和工作过的乏动力液一起返回到地面的专门通道。

工作时候，动力液过滤后经动力泵加压，在经排出管线及井口四通阀，沿中心油管送入井下，驱动井下机组中的往复式液动机工作。液动机通过活塞带动抽油泵的柱塞做往复运动，使泵不断地抽取原油。经液动机工作后的乏动力液和抽取的原油一起，从油管的环形空间排回到地面，在通过井口四通阀，流入油气分离器进行油气分离。分离出的气体排走，油则流回储罐。一部分油送到集油站，另一部分油滤清后再进入地面动力泵作动力液使用。

螺杆泵采油螺杆泵是一种利用抽油杆旋转运动进行抽油的人工举升采油方法。自1930年发明螺杆泵以来，螺杆泵技术工艺不断改进和完善，特别是合成橡胶技术和黏结技术的发展，使螺杆泵在石油开采中已得到了广泛的应用。目前
在采用聚合物驱油的油田中，螺杆泵己成为常用的人工举升方法。

螺杆泵是依靠空腔排油即转子在泵筒(定子)中做行星运动的结果。转子和定子就位后，形成了一个个互不连通的封闭腔。当转子转动时，封闭腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运动，封闭腔在排出端消失，其中在空腔内所充满的液体也就随着它的运动由吸入端均匀地推挤到排出端，同时又在吸入端重新形成新的低压空封闭腔，将液体吸入。这样封闭腔不断地形成、运动、消失，液体也不断地充满、挤压、排出，把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。由于螺杆泵设计简单，没有阀的磨损，不会由于砂子、盐、蜡或其它影响因素而阻塞。

气举采油原理气举是一种人为地把气体(天然气或空气)压入井内使井下液流举升到地面的的方法。按进气的连续性，气举可分为连续气举与间歇气举两大类。

连续气举是将高压气体连续地注入井内，使其和地层流入井底的流体一同连续从井口喷出的气举方式，它适用与采油指数高和因井深造成井底压力较高的井。

间歇气举是将高压气间歇的注入井中，将地层流入井底的流体周期性地举升到地面的气举方式。间歇气举时，地面一般要配套使用间歇气举控制器(时间—周期控制器)。间歇气举既可用于地产井，也可用于采油指数高、
井底压力低，或者采油指数与井底压力都低的井。

特点(1)灵活性高。气举采油的井口、井下设备比较简单，管理调节方便，产量具有较大的灵活性。若一口井设计得当，通过气举，产量也许能达到1000桶/日，或仅仅只有50桶/日。这样只需要一种装置，就可以按照不同的生产需求进行有效的生产。

(2)适应性强。特别是对于海上采油、深井、斜井、井中含沙、水、气较多和含有腐蚀性成分而不适宜用泵进行举升的油井，都可以采用气举采油法，在新井诱导油流及作业井的排液方面气举也有其优越性。

(3)故障率低。气举井的事故率低，在所有人工举升中是最低的21%。
(4)投资大，使用受限制。气举装置采油需要压缩机站及大量高压管线，地面设备系统复杂，投资大，且气体能量利用率低，需要大量的天然气，因此使用受到限制。2