摘 要：抽油泵作為重要的舉升工藝設(shè)備，應(yīng)用在90%以上的油井開采中。由于遼河油田地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和開采工藝的特殊性，遼河油田應(yīng)用于舉升工藝技術(shù)的抽油泵亦具有種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密的特點(diǎn)。隨著稠油開采工藝的不斷推廣和各項(xiàng)新技術(shù)的規(guī)模實(shí)施，亟需建立抽油泵舉升模擬試驗(yàn)環(huán)境，對抽油泵舉升工藝技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：抽油泵；舉升工藝；模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

引言

稠油是21世紀(jì)重要的石油資源，占石油剩余可采儲量比例越來越高，目前全球稠油占比為53%，國內(nèi)為40%，中深層（600～1400m）稠油占稠油儲量的70%，因技術(shù)原因大多未能開發(fā)。遼河油田是我國最大的稠油生產(chǎn)基地，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，油品種類多，開采難度很大，對舉升工藝技術(shù)提出了更高的要求。

由于物理模擬試驗(yàn)技術(shù)具有投資少，參數(shù)調(diào)整方便，無需求解具體模型的優(yōu)點(diǎn)，非常適合抽油泵舉升工藝研究。而抽油泵舉升物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)研究是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具體包括“三抽”設(shè)備、油品性質(zhì)、油井工作制度、油藏開發(fā)階段等需要研究的對象，而其中的每個(gè)環(huán)節(jié)都影響開發(fā)效果的好壞。建立抽油泵舉升物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)可以化繁為簡，深入細(xì)致地研究泵效、適應(yīng)性等抽油泵工作指標(biāo)與抽油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)、使用環(huán)境因素等設(shè)計(jì)值之間的變化關(guān)系。建立全面模擬抽油泵復(fù)雜工況試驗(yàn)參數(shù)的抽油泵舉升物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)難度很大，國內(nèi)外尚無成熟的產(chǎn)品與現(xiàn)場實(shí)用的配套技術(shù)[1]。

1 總體設(shè)計(jì)思路

抽油泵舉升物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的核心是研制一套能夠模擬不同類型抽油機(jī)工作狀態(tài)，不同抽油泵工作環(huán)境，不同井斜的抽油泵舉升試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)抽油泵的泵效和適應(yīng)性。

從抽油泵舉升模擬試驗(yàn)裝置建設(shè)方面考慮，由于整個(gè)舉升系統(tǒng)是從地下到地上的有機(jī)整體，并且其組成部分聯(lián)系很緊密，所以對于模擬試驗(yàn)裝置建設(shè)要全面考慮。地下部分要考慮地質(zhì)參數(shù)、油井參數(shù)、各種類型的抽油泵試驗(yàn)要求。而地上部分主要考慮抽油機(jī)。對于試驗(yàn)來講，要能模擬抽油機(jī)的功能，方便地調(diào)整沖程、沖次等參數(shù)，還要具有一定的精度來保證數(shù)據(jù)不失真。因此對于抽油泵舉升模擬試驗(yàn)裝置，主要考慮以下幾個(gè)問題：一是為了在不同的油井工作環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，如何調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)；二是對于不同的井身結(jié)構(gòu)應(yīng)如何進(jìn)行井斜模擬；三是不同懸點(diǎn)載荷抽油機(jī)的舉升功能模擬，使抽油泵動力驅(qū)動裝置能夠模擬抽油機(jī)的往復(fù)運(yùn)動，并能夠應(yīng)用于各種角度，在沖程沖次上要求能夠連續(xù)調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同抽油泵試驗(yàn)需求。

2 抽油泵舉升物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 井斜模擬設(shè)計(jì)

隨著油田開發(fā)深入，大斜度井、水平井越來越多，抽油泵下入角度也在不斷變化。對于普通抽油泵，從抽油泵自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，游動閥球閥座、固定閥球閥座的密封直接關(guān)系到泵效的大小，由于抽油泵下入位置的井斜不同，當(dāng)井斜角較大時(shí)，可能導(dǎo)致閥球閥座不能及時(shí)關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)，從而影響抽油泵泵效。因此，井斜模擬系統(tǒng)中應(yīng)包含抽油泵、驅(qū)動裝置的承載架、承載架調(diào)節(jié)裝置、承載架固定裝置，設(shè)計(jì)完成的井斜模擬裝置應(yīng)該能夠滿足以下要求。

2.1.1 井斜角的連續(xù)平穩(wěn)調(diào)節(jié)

實(shí)際工況中，抽油泵可能下在直井、斜井或水平井的任何位置，所以試驗(yàn)過程中，抽油泵可能在井斜角0°～90°范圍內(nèi)的任意角度進(jìn)行試驗(yàn)。地面試驗(yàn)是將抽油泵固定在承載架上，由驅(qū)動裝置帶動其運(yùn)行。要想使承載架從豎直位置（模擬直井）到水平位置（模擬水平井）的任意位置平穩(wěn)調(diào)節(jié)，可以采用電動葫蘆配合安裝在承載架兩端的滑車進(jìn)行。同時(shí)要考慮到在承載架接近水平位置時(shí)水平運(yùn)動速度遠(yuǎn)大于垂直運(yùn)動速度的現(xiàn)象，要合理選配電動葫蘆的型號。

2.1.2 抽油泵固定與連接系統(tǒng)

試驗(yàn)時(shí)抽油泵固定在承載架上，上下端要與油井工況模擬連接，泵體要進(jìn)行固定，柱塞要通過光桿與抽油機(jī)模擬裝置相連接。設(shè)計(jì)抽油泵固定與連接系統(tǒng)時(shí)要考慮固定裝置對不同外徑抽油泵裝夾及試驗(yàn)時(shí)的同心度要求；抽油泵光桿在下沖程受大噸位載荷壓力時(shí)，可能出現(xiàn)的彎折現(xiàn)象。

2.1.3 井斜模擬架的平穩(wěn)起放及固定

承載架從垂直狀態(tài)開始下放，沒有水平推力是無法完成的，可以采用齒輪齒條進(jìn)行驅(qū)動，由于水平速度與垂直速度無法合理搭配，操作中出現(xiàn)承載架離開齒輪齒條后瞬間前進(jìn)現(xiàn)象，帶來極大的安全隱患。通過試驗(yàn)，應(yīng)用斜坡原理，合理設(shè)計(jì)斜坡角度及斜坡長度，可以達(dá)到平穩(wěn)起放承載架的目的。另外，在一定角度試驗(yàn)時(shí)，為保證試驗(yàn)安全，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮對承載架進(jìn)行鎖定。

2.2 抽油機(jī)模擬設(shè)計(jì)

抽油機(jī)是油井上為抽油泵提供動力的設(shè)備，抽油機(jī)使用的是軟連接，通過弧形運(yùn)動實(shí)現(xiàn)抽油桿的直線運(yùn)動。在抽油泵地面試驗(yàn)過程中，由于需要改變抽油泵傾斜角度、沖程、沖次實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，所以抽油機(jī)在試驗(yàn)系統(tǒng)中應(yīng)用受到限制，需要考慮用其他方式代替抽油機(jī)，實(shí)現(xiàn)為抽油泵往復(fù)運(yùn)動提供動力。

隨著液壓技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展，把液壓技術(shù)應(yīng)用于油田，設(shè)計(jì)研究適合試驗(yàn)時(shí)應(yīng)用的液壓往復(fù)式試驗(yàn)裝置，帶動抽油泵運(yùn)行，可以滿足抽油泵舉升試驗(yàn)對傾角調(diào)節(jié)、沖程沖次實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的需求。在設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動系統(tǒng)中，要重點(diǎn)考慮液壓缸的平衡驅(qū)動，保證上下沖程的平穩(wěn)運(yùn)行；系統(tǒng)裝機(jī)功率配備，最大限度節(jié)省能源消耗，由于試驗(yàn)過程對拉壓噸位需求變化很大，可以考慮應(yīng)用兩種以上動力系統(tǒng)，匹配不同噸位需求；沖程沖次連續(xù)調(diào)節(jié)及安全保護(hù)[2]。

2.3 油井工況模擬設(shè)計(jì)

由于油井條件復(fù)雜，不同區(qū)塊油井抽油泵工況不同，為實(shí)現(xiàn)不同油井對單相、兩相、三相流模擬及計(jì)量需求；不同沉沒度、舉升高度模擬需求[3]。

2.3.1 對于不同相流模擬

考慮到室內(nèi)試驗(yàn)對環(huán)境和人員保護(hù)的要求，要盡量應(yīng)用易清潔、易分解、無毒無害的試驗(yàn)介質(zhì)，對于單向流可以采用加入化學(xué)藥劑的清水，實(shí)現(xiàn)油品粘度的模擬；多相流要考慮介質(zhì)的加入方式及處理方法，尤其是對設(shè)備的要求，保證試驗(yàn)過程的安全。同時(shí)，還要考慮計(jì)量問題，尤其是多相流計(jì)量方法的選擇。

2.3.2 沉沒度與舉升高度的模擬

沉沒度和舉升高度是抽油泵工作過程的兩個(gè)重要參數(shù)，在生產(chǎn)過程中，對于下入深度不同的抽油泵，其泵吸入口與排除口所承受的靜壓力不同，從而影響抽油泵的各項(xiàng)性能指標(biāo)。在室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以同過建立抽油泵的入口及出口壓力來實(shí)現(xiàn)沉沒度與舉升高度的模擬。由于抽油泵工作時(shí)排出的液體是斷續(xù)流，非連續(xù)流，需要對斷續(xù)流進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫B續(xù)流，保證沉沒度和舉升高度模擬壓力的穩(wěn)定，可以采用蓄能器實(shí)現(xiàn)壓力穩(wěn)定，根據(jù)試驗(yàn)需求，選擇蓄能器類型，合理設(shè)計(jì)蓄能器參數(shù)，達(dá)到預(yù)期的壓力穩(wěn)定波動要求。

3 結(jié)束語

文章根據(jù)抽油泵實(shí)際工況需求，對設(shè)計(jì)室內(nèi)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述，包括油井井斜模擬、抽油機(jī)模擬方式、油井工況模擬中的介質(zhì)類型、沉沒度與舉升高度穩(wěn)定模擬等關(guān)鍵問題，為抽油泵舉升模擬試驗(yàn)技術(shù)研究提供一些參考意見。

參考文獻(xiàn)

[1]萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊（第四分冊）[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[2]曲玉辰.試驗(yàn)用多功能往復(fù)式液壓動力裝置[J].液壓與氣動，2012（8）：7-9.

[3]曲玉辰.氣囊式蓄能器在抽油泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].液壓與氣動，2012（3）：90-92.

作者簡介：曲玉辰（1977-），男，碩士，工程師，主要從事油田開采工藝技術(shù)試驗(yàn)研究。