泵抽采油法正文

有桿泵是最常用的單缸單作用抽油泵（圖1），其排油量取決于泵徑和泵的沖程、沖數(shù)。有桿泵分桿式泵、管式泵兩類。一套完整的有桿泵機組包括抽油機、抽油桿柱和抽油泵（圖2）。

抽油機主要是把動力機(一般是電動機)的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動，帶動抽油桿和泵，抽油機有游梁式和無游梁式兩種。前者使用最普遍，中國一些礦場使用的鏈條抽油機屬后一種（見彩圖）。抽油桿柱是連接抽油機和抽油泵的長桿柱,長逾千米,因交變載荷所引起的振動和彈性變形，使抽油桿懸點的沖程和泵的柱塞沖程有較大差別。抽油泵的直徑和沖程、沖數(shù)要根據(jù)每口油井的生產(chǎn)特征，進行設(shè)計計算來優(yōu)選。在泵的入口處安裝氣體分離裝置──氣錨，或者增加泵的下入深度，以降低流體中的含氣量對抽油泵充滿程度（即體積效率）的影響。

有桿泵是一個自重系統(tǒng),抽油桿的截面增加時,其載荷也隨著增大。各種材質(zhì)制成的抽油桿的下入深度，都是有極限的，要增加泵的下入深度，主要須改變抽油桿的材質(zhì)、熱處理工藝和級次。根據(jù)抽油桿的彈性和地層流體的特征，在選擇工作制度時，要選用沖程、沖數(shù)的有利組合。有桿泵的工作深度在國外已超過3000m,抽油機的載荷已超過25t，泵的排量與井深有關(guān),有些淺井日排量可以高達400m3,一般中深井可達200m3,但抽油井的產(chǎn)量主要根據(jù)油層的生產(chǎn)能力。有桿抽油機泵組的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,維修管理方便,在中深井中泵的效率為50%左右，適用于中、低產(chǎn)量的井。目前世界上有85%以上的油井用機械采油法生產(chǎn)，其中絕大部分用有桿泵。

無桿泵適用于大產(chǎn)量的中深井或深井和斜井。在工業(yè)上應(yīng)用的是電動潛油泵、水力活塞泵和水力噴射泵。

電動潛油泵 是一套多級離心泵和電動機直接連接的機泵組。由動力電纜把電送給井下的電機以驅(qū)動離心泵，把井中的流體泵送到地面，由于機泵組是在套管內(nèi)使用，機泵的直徑受到限制,所以采取細長的形狀（圖3）。為防止井下流體(特別是水)進入電樞使電機失效，需采取特殊的密封裝置，并在泵和電動機的連接部位加裝保護器。泵的排量受井眼尺寸的限制,揚程決定于泵的級數(shù),二者都取決于電動機的功率。電動潛油泵適用于中、高產(chǎn)液量，含氣和砂較少的稀油或含水原油的油井。一般日排量為100～1000m3、揚程在2000m以內(nèi)時，效率較高,可用于斜井。建井較簡單，管理方便，免修期較長，泵效率在60%左右；但不適用于高含氣的井和帶腐蝕性流體的井，下井后泵的排量不能調(diào)節(jié)，機泵組成本較高，起下作業(yè)和檢修都比較復(fù)雜。

水力活塞泵 利用地面泵注入液體驅(qū)動井下液壓馬達帶動井下泵，把井下的液體泵出地面。水力活塞泵的工作原理與有桿泵相似，只是往復(fù)運動用液壓馬達和換向閥來實現(xiàn)（圖4）。水力活塞泵的井下泵有單作用和雙作用兩種，地面泵都用高壓柱塞泵。流程有兩種：①開式流程。單管結(jié)構(gòu)，以低粘度原油為動力液，既能減少管道摩擦阻力，又可降低抽出油的粘度，并與采出液混在一起采出地面。②閉式流程。用輕油或水為動力液,用水時要增添潤滑劑和防腐劑,自行循環(huán)不與產(chǎn)出的液體相混，工作過程中只需作少量的補充。水力活塞泵可以單井運轉(zhuǎn)，也可以建泵組集中管理，排量適應(yīng)范圍寬，從每日幾十到上千立方米等，適用于深井、高揚程井、稠油井、斜井。優(yōu)點是可任意調(diào)節(jié)排量，起下泵可不起油管，操作和管理方便。泵效率可達85%以上。缺點是地面要多建一條高壓管線,動力液要處理,增加了建井和管理成本。 水力射流泵 帶有噴嘴和擴散器的抽油泵（圖5）。水力射流泵沒有運動零件,結(jié)構(gòu)簡單,成本低，管理方便，但效率低，不高于30～35%，造成的生產(chǎn)壓差太小，只適用于高壓高產(chǎn)井。一般僅在水力活塞泵的前期即油井的壓力較高、排量較大時使用；當(dāng)壓力降低、排量減少時，改用水力活塞泵。

K.E.Brown,The Technology of Artificial Lift Methods. Vol.1st ed.,Petroleum Publ.Co.,Tulsa,1980.

有桿泵采油是指游梁式有桿泵采油方法，該方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強以及壽命長等特點，成為目前最主要的機械采油方法。

機械采油設(shè)備

游梁式有桿泵采油系統(tǒng)主要由抽油機、抽油桿和抽油泵“三抽”設(shè)備組成。其工作過程是：由動力機經(jīng)傳動皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運動傳遞給減速箱，經(jīng)三軸二級減速后，再由曲柄連桿機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動，掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞做上、下往復(fù)運動，從而將原油抽汲到地面。

（1）抽油機

抽油機是有桿泵采油的主要地面設(shè)備，按是否有游梁，可將其分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機。

游梁式抽油機是通過游梁和曲柄連桿機構(gòu)將曲柄的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)轶H頭的上、下擺動。按結(jié)構(gòu)不同可將其分為常規(guī)型和前置型兩類。常規(guī)型游梁式抽油機是目前礦場上使用最為普遍的抽油機，其特點是支架在驢頭和曲柄連桿之間，上、下沖程時間相等。前置型游梁式抽油機的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長度，使得抽油機的規(guī)格尺寸大為減少，并且由于支點前移，使上、下沖程時間不等。為提高沖程、節(jié)約能源及改善抽油機的結(jié)構(gòu)特性和受力狀態(tài)，國內(nèi)外還出現(xiàn)了許多變形抽油機，如異相型、旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁等抽油機。

為減輕抽油機重量，擴大設(shè)備的使用范圍以及改善其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，國內(nèi)外研制了許多不同類型的無游梁式抽油機。其特點多為長沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。目前，無游梁式抽油機主要有：鏈條式、增距式和寬帶式抽油機。

（2）抽油泵

抽油泵是有桿泵抽油系統(tǒng)中的主要設(shè)備，主要由工作筒(外筒和襯套)、活(柱)塞及閥(游動閥和固定閥)組成。抽油泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為管式泵和桿式泵。管式泵適用于下泵深度不大、產(chǎn)量較高的井。桿式泵適用于下泵深度較大，但產(chǎn)量較低的井。

由于井液性質(zhì)的復(fù)雜性，對泵往往有特殊要求，因此，從用途上又可將抽油泵分為常規(guī)泵和特種泵。特種泵主要有防沙泵、防氣泵、抽稠油泵、分抽混出泵和雙作用泵以及各種組合泵等。

（3）光桿和抽油桿

光桿主要用于連接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口密封盒配合密封井口。常用的抽油桿主要有普通抽油桿、玻璃纖維抽油桿和空心抽油桿三種。普通抽油桿的特點：機構(gòu)簡單、制造容易、成本低、直徑小，有利于在油管中上下運動。因此，它主要用于常規(guī)有桿泵抽油方式。玻璃纖維抽油桿的特點是：耐腐蝕，有利于延長壽命；重量輕，有利于降低抽油機懸點載荷和節(jié)約能量；彈性模量小，可實現(xiàn)超沖程，有利于提高泵效?？招某橛蜅U由空心圓管制成，成本較高，它可用于熱油循環(huán)和熱電纜加熱等特殊抽油工藝，也可以通過空心通道向井內(nèi)添加化學(xué)藥劑。適用于高含蠟、高凝固點的稠油井。

機械采油優(yōu)點

(1)其設(shè)計方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，操作和搬遷容易，對一般油井都比較適用。并可用于小井眼油井和分層開采的油井，可把油井開采至非常低的壓力。

(2)通常采取自然排氣，因此有利于天然氣從井內(nèi)排出，比較容易消除氣體影響。

(3)具有較大的靈活性，當(dāng)油井的產(chǎn)能變化時，能通過調(diào)節(jié)泵徑和其它工作參數(shù)，使泵的排量同油井的產(chǎn)能相適應(yīng)。

(4)能方便地進行各種地面和井下測試，可及時準(zhǔn)確地分析地面和井下設(shè)備的工作狀況。

(5)適用于開采高粘原油，同時也比較容易處理井下結(jié)蠟、結(jié)垢和腐蝕等問題。

機械采油缺點

(1)在井身彎曲的油井中往往產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，使抽油桿和油管的損壞頻率升高，因此會影響油井的正常生產(chǎn)，同時使采油成本增加。

(2)當(dāng)井液含砂和其它固體顆粒較多時，極易出現(xiàn)卡泵。另外在油氣比過高時，排氣會使泵效降低，甚至?xí)贡冒l(fā)生“氣鎖”而失效。

(3)下泵深度受抽油桿強度的限制，并且隨著下泵深度的增加，泵效很快下降，事故頻率也隨之升高。當(dāng)泵下到一定深度后，泵就會完全失效。

(4)設(shè)備體積較大，在市區(qū)使用引人注目，在海上油井上使用顯得過于笨重。電源必須架設(shè)到井口，因此不宜在沼澤、水網(wǎng)等地理條件比較復(fù)雜的地區(qū)使用。

(5)極易受結(jié)蠟的影響，而且還不能采用涂料油管來防蠟和防腐。

無桿泵采油是不借助抽油桿來傳遞動力的抽油設(shè)備。目前無桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動潛油離心泵、射流泵、振動泵、螺桿泵等。目前應(yīng)用最廣泛的還是游梁式抽油機深井泵裝置。因為此裝置結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)久耐用、管理方便、適用范圍廣。

機械采油潛油電泵

潛油電泵的全稱是電動潛油離心泵(簡稱電泵)。它以排量大、自動化程度高等顯著的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于原油生產(chǎn)中，是目前重要的機械采油方法之一。

典型的潛油電泵井系統(tǒng)主要由三部分組成：(1)地面部分，包括變壓器、控制屏、接線盒和特殊井口裝置等。(2)中間部分，主要有油管和電纜。(3)井下部分，包括多級離心泵、油氣分離器、潛油電機和保護器。上述三部分的核心是潛油電機、保護氣、油氣分離器、多級離心泵、潛油電纜、控制屏和變壓器七大部件。工作時，地面電源通過變壓器變?yōu)殡姍C所需要的工作電壓，輸入到控制屏內(nèi)，然后經(jīng)由電纜將電能傳給井下電機，使電機帶動離心泵旋轉(zhuǎn)，把井液通過分離器抽入泵內(nèi)，經(jīng)泵的液體由泵的葉輪逐級增壓，經(jīng)油管舉升到地面。

機械采油水力活塞泵

水力活塞泵是一種液壓傳動的無桿抽油設(shè)備，它是由地面動力泵通過油管將動力液送到井下驅(qū)動油缸和換向閥，從而帶動抽油泵抽油工作的一種人工舉升采油設(shè)備。

水力活塞泵系統(tǒng)由三部分組成：井下、地面和中間部分。井下部分是水力活塞泵的主要機組，它由液動機、水力活塞泵和滑閥控制機構(gòu)三個部件組成，起著抽油的主要作用；地面部分由地面動力泵、各種控制閥及動力液處理設(shè)備等組成，起著供給和處理動力液的作用；中間部分有中心動力油管以及提供原油和工作過的乏動力液一起返回到地面的專門通道。

工作時候，動力液過濾后經(jīng)動力泵加壓，在經(jīng)排出管線及井口四通閥，沿中心油管送入井下，驅(qū)動井下機組中的往復(fù)式液動機工作。液動機通過活塞帶動抽油泵的柱塞做往復(fù)運動，使泵不斷地抽取原油。經(jīng)液動機工作后的乏動力液和抽取的原油一起，從油管的環(huán)形空間排回到地面，在通過井口四通閥，流入油氣分離器進行油氣分離。分離出的氣體排走，油則流回儲罐。一部分油送到集油站，另一部分油濾清后再進入地面動力泵作動力液使用。

機械采油螺桿泵采油

螺桿泵是一種利用抽油桿旋轉(zhuǎn)運動進行抽油的人工舉升采油方法。自1930年發(fā)明螺桿泵以來，螺桿泵技術(shù)工藝不斷改進和完善，特別是合成橡膠技術(shù)和黏結(jié)技術(shù)的發(fā)展，使螺桿泵在石油開采中已得到了廣泛的應(yīng)用。目前

在采用聚合物驅(qū)油的油田中，螺桿泵己成為常用的人工舉升方法。

螺桿泵是依靠空腔排油即轉(zhuǎn)子在泵筒(定子)中做行星運動的結(jié)果。轉(zhuǎn)子和定子就位后，形成了一個個互不連通的封閉腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，封閉腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運動，封閉腔在排出端消失，其中在空腔內(nèi)所充滿的液體也就隨著它的運動由吸入端均勻地推擠到排出端，同時又在吸入端重新形成新的低壓空封閉腔，將液體吸入。這樣封閉腔不斷地形成、運動、消失，液體也不斷地充滿、擠壓、排出，把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。由于螺桿泵設(shè)計簡單，沒有閥的磨損，不會由于砂子、鹽、蠟或其它影響因素而阻塞。