＊李斌 冉君帥 王安亞 宋志亮 鐘笠 魏鵬

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川 610500 2.克拉瑪依市志卓油田科技發(fā)展有限公司 新疆 834000）

目前國(guó)內(nèi)大量的稠油油田開發(fā)仍然采用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)游梁式抽油機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)[1-4]。但是采用機(jī)械方式開采各種不同特性的原油，生產(chǎn)效率低下，各類機(jī)械傳動(dòng)抽油機(jī)存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，耗電非常大，原油生產(chǎn)的成本居高不下，目前的采油手段與流體的流動(dòng)特性基本無關(guān)，這是因?yàn)橛瘟撼橛蜋C(jī)誕生太久了，用機(jī)械采油方式，制約了對(duì)油藏的流體的流動(dòng)特性的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。

近些年來，又出現(xiàn)了液壓抽油機(jī)，與傳統(tǒng)的抽油機(jī)相比，液壓抽油機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：液壓系統(tǒng)的剛性較大、功率密度較高；具有較大的舉升力，滿足大載荷要求；液壓抽油機(jī)的體積小、質(zhì)量輕、整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積??；維護(hù)和操作安全簡(jiǎn)捷，適用于不同環(huán)境的采油作業(yè)等[5-9]。這些優(yōu)點(diǎn)使得液壓抽油機(jī)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)[10-12]，但是液壓抽油機(jī)的應(yīng)用還沒有很廣泛，使用效果并沒有達(dá)到令人滿意的程度，出現(xiàn)以下亟待解決的問題有待提高，比如：稠油開采面臨滲透和高黏度問題，導(dǎo)致壓力損失和采油效率低下；液壓效率不高，液壓系統(tǒng)的響應(yīng)并不是很靈敏，不能很快應(yīng)對(duì)井下時(shí)刻變化的情況，液壓系統(tǒng)的控制并不是很成熟等[13]。

新研制出的連續(xù)相液壓抽油機(jī)具有液壓控制自適應(yīng)特征，可以有效控制因流體的不均質(zhì)性和稠油黏度較大，油井抽油桿隨下沖程速度的變化而變化，滿足各種油藏的流體的連續(xù)相流動(dòng)。選擇準(zhǔn)噶爾盆地紅山嘴油田紅淺1井區(qū)典型稠油為案例，通過h85851井的應(yīng)用，對(duì)比連續(xù)相液壓抽油機(jī)和傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的差異，以期為稠油油藏的科學(xué)開采提供依據(jù)。

1.連續(xù)相液壓抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

(1)液壓抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)

連續(xù)向液壓抽油機(jī)由動(dòng)力傳動(dòng)換向系統(tǒng)、平衡調(diào)整系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)架與底座系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等五大核心部分構(gòu)成，見圖1。

①動(dòng)力傳動(dòng)換向系統(tǒng)：由傳動(dòng)箱，沖程控制器檔桿，機(jī)動(dòng)換向閥，上下沖程皮帶，上下沖程皮帶張緊器等組成。

②平衡調(diào)整系統(tǒng)：由懸繩器，平衡箱，傳動(dòng)皮帶等組成。

③動(dòng)力系統(tǒng)：由電動(dòng)機(jī)，油箱，變量泵，工作油缸，動(dòng)滑輪組等組成。

④機(jī)架與底座系統(tǒng)：由基礎(chǔ)，整機(jī)水平移動(dòng)推拉器，底座，立架，上平臺(tái)等組成。

⑤液壓控制系統(tǒng)：液壓控制系統(tǒng)是液壓傳動(dòng)抽油機(jī)的核心部件，由液壓鎖、溢流閥、換向閥等部件構(gòu)成控制系統(tǒng)，確保液壓傳動(dòng)抽油機(jī)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

圖1 液壓抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖

(2)連續(xù)相液壓抽油機(jī)的工作原理

電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為液壓能，液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的傳動(dòng)過程，變量泵利用油箱提供的液壓油再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能帶動(dòng)液壓油缸工作，油缸上固定有上下沖程控制器，沖程控制器上的檔桿撥動(dòng)機(jī)動(dòng)換向閥換向，通過液壓控制系統(tǒng)控制液壓油缸進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。油缸上端動(dòng)滑輪組隨油缸上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)增程動(dòng)滑輪組裝有上下沖程皮帶，分別拉動(dòng)平衡箱作相向運(yùn)動(dòng)，平衡箱上端與傳動(dòng)皮帶相連，傳動(dòng)皮帶通過導(dǎo)向滑輪與懸繩器連接，通過懸繩器拉動(dòng)光桿、抽油桿、抽油泵活塞作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油井抽吸生產(chǎn)。

2.連續(xù)相液壓抽油機(jī)的采油工藝特征

（1）機(jī)械自動(dòng)控制換向。經(jīng)過多次的試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)采用機(jī)動(dòng)換向閥的彈性撥桿可以最大程度的解決換向沖擊問題和沖程控制器過沖的矛盾問題。沖程控制器在油缸活塞桿頂部，并且沖程控制器與機(jī)動(dòng)換向閥相互配合?？烧{(diào)節(jié)的上、下?lián)鯒U分別設(shè)置在沖程控制器的上下部分的不同位置，上下?lián)鯒U的距離，實(shí)際就是與懸繩器連接的油井抽油桿的實(shí)際沖程長(zhǎng)度。機(jī)動(dòng)換向閥上設(shè)置有彈性撥桿，彈性撥桿均由彈簧或橡膠構(gòu)成，當(dāng)油缸活塞桿行至上、下止點(diǎn)時(shí)，機(jī)動(dòng)換向閥上設(shè)置的彈性撥桿與擋桿相互觸碰后，控制液動(dòng)力換向。換向帶來的沖擊一直是抽油機(jī)中存在的問題，設(shè)計(jì)時(shí)為了盡量減少換向時(shí)候的沖擊，使用機(jī)動(dòng)換向閥來控制液控?fù)Q向閥換向可以很好的解決這一問題。通過使用節(jié)流閥和減壓閥共同控制著機(jī)動(dòng)換向閥的工作壓力和流量，同時(shí)液控?fù)Q向閥的換向時(shí)間的長(zhǎng)短也通過次方法來控制。兩端載荷不同時(shí)帶來的換向沖擊可以利用液控?fù)Q向閥的中位“H”機(jī)能來減少。換向滯后現(xiàn)象是不同溫度和不同的環(huán)境情況下抽油機(jī)會(huì)出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，在換向滯后的條件下如果機(jī)動(dòng)換向閥采用鋼性撥桿，會(huì)出現(xiàn)沖程控制器過沖問題，造成機(jī)動(dòng)換向閥的損壞，彈性撥桿有效的解決了這一問題。

（2）液壓控制自適應(yīng)。稠油開采過程中所遇到的流體通常是非均質(zhì)性的，為了提高稠油開采過程中對(duì)非均質(zhì)性流體的采收效率以及解決油井抽油桿下沖程變慢或停頓等問題，設(shè)計(jì)出液壓控制自適應(yīng)系統(tǒng)。油缸有桿腔完成與懸繩器連接的油井抽油桿下沖程，油缸無桿腔完成油井抽油桿上沖程。抽油機(jī)安裝調(diào)試時(shí)，平衡箱重量與負(fù)載重量=（抽油桿總重+油管里的液體重量）完全一致或略重于負(fù)載的重量。當(dāng)液壓系統(tǒng)輸出壓力一定時(shí)，油缸無桿腔輸出的推力大于有桿腔輸出的拉力，調(diào)試的時(shí)候，當(dāng)油井抽油桿下沖程時(shí)，來設(shè)定溢流閥工作壓力，這樣如果遇到流體的不均質(zhì)性，如稠油黏度増大，就會(huì)出現(xiàn)抽油桿在下沖程時(shí)遇到的阻力增大，速度變慢，失去了原有的平衡，這個(gè)時(shí)候平衡箱的重量起到了關(guān)鍵的作用。平衡負(fù)載加重，超出了溢流閥設(shè)定的壓力，溢流閥開啟和關(guān)閉，平衡設(shè)定壓力，以適應(yīng)油井抽油桿下沖程速度的變化。實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)自適應(yīng)流體的不均質(zhì)性。

（3）流體連續(xù)相。通過觀測(cè)井下的動(dòng)液面和流體的黏度，來確定變量泵的排量，確定油井抽油桿上沖程的工作速度，充分利用流體的粘性，使油藏流體連續(xù)流動(dòng)，提高井下抽油泵的泵效。以達(dá)到最佳的產(chǎn)出效果，這樣也保護(hù)了油藏，可有效的提高采收率。變量泵的排量控制可實(shí)現(xiàn)沖次速度最大至最小任意調(diào)節(jié)。

3.稠油開采應(yīng)用對(duì)比

為驗(yàn)證該抽油機(jī)的運(yùn)行效果，選擇在準(zhǔn)噶爾盆地紅山嘴油田紅淺1井區(qū)稠油區(qū)開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。紅山嘴油田紅淺1井區(qū)塊油氣勘探始于20世紀(jì)80年代，于1991年投入開發(fā)，截止2012年10月底，在克下組、克上組、八道灣組、齊古組四個(gè)層系累積投產(chǎn)各類井1719口井。h85851井位于紅淺1井區(qū)南部，開發(fā)層位為克上組油藏，油層平均孔隙度23%，油層平均滲透率400mD，克上組地面原油密度在0.9255～0.9603g/cm3，平均0.9448g/cm3，30℃原油黏度變化3460.03～102880.39mPa·s，平均29755.58mPa·s，50℃地面脫氣原油黏度在715.33～8550.99mPa·s之間，平均3284.02mPa·s，按新疆淺層稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，屬超稠油Ⅰ類，綜合含水率79.9%，采出程度低，開發(fā)難度大。

表1 生產(chǎn)效果對(duì)比表

紅山嘴油田紅淺1井區(qū)稠油區(qū)塊中的常規(guī)游梁式抽油機(jī)油井替換為連續(xù)向液壓抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

在2015年6月10日二輪注汽后，h85851井優(yōu)先使用的游梁抽油機(jī)生產(chǎn)90天，使用沖次為7次/分鐘，初期注汽后，液、油產(chǎn)量高，日產(chǎn)液9.8t，油量6.9t，含水：30%，一個(gè)月后，隨著地層能量的降低（測(cè)取沉沒度197.3m），液量下降，日產(chǎn)液維持在4t左右，油量0.6t/d，含水85%（圖2）。2015年9月8日更換液壓傳動(dòng)抽油機(jī)試驗(yàn)90天，改變沖次后，沖次改為：3分鐘1次后，日產(chǎn)液2.5t，油量維持在1.4t/d，含水穩(wěn)定在50%，日產(chǎn)油量上升0.8t（圖3）。

圖2 游梁抽油機(jī)生產(chǎn)曲線圖

圖3 液壓抽油機(jī)生產(chǎn)曲線圖

h85851更換液壓傳動(dòng)抽油機(jī)效果比周邊的井明顯，由于h85851沖次降低幅度較大，降低后的沖次雖然與我們的計(jì)算數(shù)值仍有差距，但是很好的解決了由于底層供液能力不足的問題，油液穩(wěn)定，且含水率也相對(duì)穩(wěn)定。從圖4和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表1可以看出，換液壓傳動(dòng)抽油機(jī)近兩年的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，該井再未注過汽，含水降到了50%左右，生產(chǎn)效果非常穩(wěn)定。2017年8月該井自從液壓傳動(dòng)抽油機(jī)結(jié)束試驗(yàn)以后，改換游梁式抽油機(jī)生產(chǎn)，含水不斷增高，高達(dá)99%。

圖4 兩種抽油機(jī)在同一井位年生產(chǎn)曲線圖

4.小結(jié)

紅淺1井區(qū)稠油井生產(chǎn)對(duì)比顯示，連續(xù)相液壓抽油機(jī)日產(chǎn)油量比游梁式抽油機(jī)提高了56%，含水率降低35%。應(yīng)用結(jié)果表明連續(xù)相液壓抽油機(jī)通過液壓控制自適應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制因稠油黏度較大，油井抽油桿隨下沖程速度的變化而變化，更容易滿足稠油開采需求。

連續(xù)相液壓抽油機(jī)在稠油井開采中的節(jié)能降耗效果明顯，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)，液壓式抽油機(jī)每小時(shí)耗電量?jī)H為游梁式抽油機(jī)的20%～50%。每年稠油井單井注氣量約777.8t，蒸汽價(jià)格按照每噸100元計(jì)算，單井注汽費(fèi)用一年就是7.7萬元，而連續(xù)相液壓抽油機(jī)不使用注蒸汽熱采方法，便可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。連續(xù)相液壓抽油機(jī)不僅生產(chǎn)效率高，并且節(jié)約了大量的采油成本，有效解決了中國(guó)傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)高能耗、調(diào)參困難、稠油開采含水率高等問題。連續(xù)相液壓抽油機(jī)節(jié)能效果好，而且性能安全可靠，維修成本低，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。