油田单井人工举升技术应用现状探讨
发布时间：2020-09-01
摘要：随着油田进入特高含水开发阶段，原油开采难度增大，为了提高油井采收率，开采方式以人工举升为主，人工举升技术在油气井开发中应用越来越普遍。系统分析了人工举升技术应用现状，探讨了几种常见的人工举升方式优缺点，对油气井开发设计时选择最佳的人工举升方式，充分发挥油气井产能、提高采收率，实现油田可持续健康发展具有重要意义。
关键词：人工举升;有杆泵采油;无杆泵采油;气举举升
1 前言
人工举升技术是将油气资源开采到地面的重要技术，随着油田进入开发中后期，长期开采使得地层能量不足，人工举升技术在油气井开发中应用越来越普遍，人工举升技术重要性得到进一步提升。为了适应不同井身结构、不同地质条件、不同流体性质的要求，得到最佳的采油效果，人工举升技术发展出多种技术类型，常见的有抽油机、螺杆泵、电潜泵、气举等人工举升工艺技术，每一种人工举升方式都有其优缺点，在技术上和经济上都存在合理的界限。在油田开发过程中，常因为人工举升方式选择不合理，导致油气井生产能力大大降低，油井产量下降、生产费用增加。因此，对油田单井人工举升技术应用现状进行研究，油气井设计开发时，根据油气井条件，选择最佳的人工举升方式，充分发挥油气井产能、提高采收率，对提高油井经济效益、实现可持续健康发展具有重要意义。
2 人工举升技术概况
采油工艺技术是将井底油气采至地面的技术，根据采油方式的不同，可以分为自喷采油方式和人工举升采油方式。自喷采油方式是利用地层自身能量，将油气喷至地面;当地层能量不足，不能满足自喷生产要求时，需要采用机械设备向井底补充能量，然后将油气开采到地面，这种采油方式即为人工举升法。随着油田的持续开采，地层能量逐渐下降，新钻的油井一开始就不能自喷，自喷油井长期生产最终会停止自喷。
对于不能自喷的油气井，需要采取人工举升的方式向地层补充能量，将井底原油举升到地面。人工举升方法可以分为抽油法和气举法两大类，其中，抽油法主要分为有杆泵采油和无杆泵采油两种方法，人工举升方式具体分类如上图1所示。现阶段，随着定向井、丛式井、多分支井及水平井完井技术的发展，对采油方式提出了更高的要求，为了适应新技术的要求，提高采收率，人工举升方式取得长足的发展。
3 人工举升技术应用现状
3.1有杆泵采油
有杆抽油泵组成部分主要有地面抽油机、井下抽油杆及抽油泵，地面抽油机带动井下抽油泵的活塞上下往复运动，通过抽油杆将地下原油抽汲到地面。抽油泵的工作原理是当活塞上行时，排除阀在油管内的液柱作用下关闭，排除相当于活塞冲程长度的一段液体，此时，泵筒内压力降低，在油套环空压差作用下，吸入阀被打开，井筒内进入液体，填满活塞让出的空间;当活塞下行时，泵筒内液体压力升高，压力等于或大于油套环空内压力时，吸入阀关闭，此时活塞继续下行，泵筒内压力进一步增大，当压力超过油管内液柱压力时，排出阀被打开，液体进入油管内。通过活塞不停的上下往复运动，油管内液面不断上升，直到到达井口，进入地面管线。
地面抽油机是有杆泵采油系统的主要组成部分之一，根据抽油机结构的不同分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机主要组成部分有游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备及其它辅助装置。无游梁式抽油机种类较多，经过多年的发展，我国研究生产了链条式抽油机、滚筒型无游梁式抽油机、液压抽油机、带传动抽油机等，其中，带传动抽油机和链条式抽油机应用最为普遍。链条式抽油机具有长冲程、低冲次、悬点匀速、载荷能力大、平衡效果好等特点，适用性较好，在稠油井及深井应用效果较好。
地面驱动螺杆泵工作原理是动力设备带动驱动头、抽油杆旋转，使螺杆泵转子一起转动，将地下流体吸入螺杆泵，从上端排除，使原油从油管向上流动排出地面。这种采油方法简单，无需井下泄油装置。
有杆泵采油的方式设备简单、投资少、管理方便，设备适应性强，是目前应用最广泛的采油方法，据不完全统计，约占我国油田人工举升采油总数的90%以上。该采油方式的缺点是泵排量不足，不能满足日产量高于200吨的油井生产。
3.2 无杆泵采油
无杆泵采油方式向井底传递动力是通过电动机、高压液体来实现的，驱动井下抽油泵工作。根据使用泵的不同，可以分为潜油电泵采油、螺杆泵采油、射流泵采油、水力泵采油。
潜油电泵采用系统主要有井下电动机、离心泵、分离器、井下电缆等部分组成，这种采油方式应用较为普遍，系统工作效率高。潜油电泵的电机通常下入井下几百甚至上千米，电机通过电缆与地面相连，电机供电后旋转，带动前有离心泵叶轮转动，叶轮转动将地下流体举升到井口。这种采油方式排液量大、电机功率高，对于产量较高的深井适用性较好，便于实现油井自动化管理。潜油电泵的缺点是下入深度受到电机额定功率的限制，并且套管尺寸和井底高温也限制潜油电泵的下入深度。由于大功率潜油电泵及电缆费用较高，使得投入相对较大。
水力活塞泵采油系统通过液压传动，通过地面动力泵将动力液增压后经过油管泵入井下，驱动马达上下往复运动，将高压动力液传至井下驱动油缸和换向阀，帮助井下柱塞泵抽油。水力活塞泵的工作原理是高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能转变为往复运动的机械能。液马达驱动泵，泵将机械能转变为液体的静压，使产出流体采到地面。水力活塞泵对出砂、高油气比、高凝析油、高含蜡、稠油、深井等油井适应性较好，是较为理想的选择，机采系统效率高。水力活塞泵缺点是稳定性较差，对动力液要求高，使用维护困难。
螺杆泵是利用抽油杆旋转运动进行稠油的，驱动方式有地面驱动和井下驱动两种，地面驱动可分为皮带传动和直接传动，井下驱动分为液压驱动和电驱动。螺杆泵采油方式具有运动部件少、无阀门、流道简单、过流面积大、油流扰动小等优点，在稠油、出砂及高含气量井开采时具有一定优势。
3.3 气举采油
气举法是指地层尚有一定能量，能够把油气驱动到井底，但地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面上时，需要人为地把气体注入井底，将原油举升出地面的人工举升采油方式。 它的举升原理和自喷井相似，是通过向油套环空注入高压气体，并通过油管上的多组气举阀在不同压力、不同井段时让一部分气体迸入油管，用以降低井筒中液体的密度，在井底流动压力的作用下，将液体排出井口。气举举升采油方式适用于地层渗透率高、油井供液能力强的井，在深井、大斜度井、出砂井、含气高井、海上油气井等采油气举举升工艺能够取得较好的效果。气举举升工艺的优点是井口和井下设备简单、管理方便。但气举举升工艺地面设备复杂，设备昂贵，且气体能量利用率较低。
4 结束语
随着油田进入开发中后期，老区块开发不断深入，剩余未动用储量多为储量丰度较低的难采储量，而新建区块地质条件大多都较差，开采难度加大。传统的自喷采油法难以满足开采需求，人工举升方式越来越受到重视。选择一种正确的人工举升方式，对于油井的长期效益来说非常重要。对充分发挥油井产能、提高采收率、最大限度的降低油田的投资和提高油田经济效益都起着重要作用。——论文作者：梁媛
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