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抽油机国内外研究现状与发展趋势


抽油机国内外研究现状与发展趋势
一.国内抽油机研发现状 油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁,可分为游梁式抽 油机和无 游梁式抽油机。 经过一百多年的实践和不断的改进创新, 抽油机不管是结构形式还是在使用 功能上,都产生了很大的变化。特别是近几十年来,世界对原油的需求量不断加大,对油田 深度开采的能力有了更进一步的要求, 在很大程度上加快了抽油机技术发展的

速度, 催生出 多种类型。目前, 国内抽油机制造厂有数十家, 产品类型已多样化, 但游梁式抽油机仍处于主 导地位。根据公开发表的资料统计, 我国现有 6 大类共 45 种新型抽油机[ 1] , 并且每年约有 30 种新型抽油机专利, 十多种新试制抽油机[2] , 已形成了系列, 基本满足了陆地油田开采的 需要。 各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、 前置式抽油机、 异相曲柄平衡抽油机、 前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机[ 3]和用窄 V 形带传动的常规抽油机等均已 在全国各个油田推广应用, 并取得了显著的经济效益。长冲程、低冲次的无游梁式抽油机的 研制也取得了一些进展, 如由胜利油田研制的无游梁链条抽油机 , 经过国内十几个油田稠油 及丛式井的推广使用[4], 在低冲次抽油和抽稠油方面已初见成效。此外, 桁架结构的滑轮组 增距式抽油机、滚筒式长冲程抽油机已在某些油田进行了工业试验[5]; 齿轮增距式长冲程抽 油机的研制工作也取得了新的进展; 质量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机经 过几年的研制和工业性试采油, 也积累了一定的经验[6]。其他型式新颖的抽油机如数控抽油 机、连续抽油杆抽油机、车载抽油机、磨擦式抽油机、六连杆游梁式抽油机和斜直井抽油机 等也正处于不断改造和试生产过程中[7]。然而,游梁式抽油机的缺点是不容易实现长冲程 低冲次的要求,因而不能满足稠油井、深抽井和吉气井采油作业的需要。同时,长冲程低冲 次的无游梁式抽油机的性能尚有待完善 (如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短、 换向冲击载荷大和钢丝绳易断、导轨刚.度不足容易变形等问题),而且品种规格还很少, 不能适应当前石油工业的发展[8]。 液压抽油机至今仍处在研制阶段[9]

二·国外抽油机的研发现状 目前, 世界上生产抽油机的国家主要有美国、 俄罗斯、 法国、 加拿大和罗马 尼亚等[10]。 为了减少能耗, 提高采油经济效益, 近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。 例如异相型 抽油机节电 15%~ 35%; 前置式抽油机节电 368% 前置式气平衡抽油机节电 35% 轮式抽油机 节电 50%~ 80% 大圈式抽油机节电 30%; 自动平衡抽油机节电 30% ~ 50%; 低矮型抽油机节电 5% ~20%; ROTAFLEX 抽 油 机 节 电 25% 智 能 抽 油 机 节 电 174%; 螺 杆 泵 采 油 系 统 节 电 40%~ 50% [11]。近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果 , 使抽油机得到更精确平 衡。 近年来, 为了节约能耗、提高采油经济效益, 国外研制与应用了许多节能型抽油机, 在 采油实践中, 取得较好的使用效果。 如变平衡力矩抽油机, 可使上冲程平衡力矩大于下冲程力 矩。前置式气平衡抽油机, 由于可在动态下调节气平衡, 平衡效果较好。气囊平衡抽油机有 90% 以上载荷得到平衡[12]。双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平 衡。自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果[13]。 近年来国外 研制与应用了多种类型长冲程抽油机, 其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油 机和长冲程无游梁抽油机[14]。 1 前置式气平衡抽油机 美国工 J uf kin 公司生产的 A 系列前 置式气平衡抽油机具有较好的技术经济指标, 抽油机重量减轻 40 %, 尺寸缩小 3 5 % , 动载荷

较小, 受力均匀, 运转平稳, 节约电耗 35 %。 2 无游梁长冲程抽油机 美国 R O T A F L E x 宽带 传动抽油机实践表明: 抽油机系统效率为 5 % , 而常规抽油机只有 40 %。提升液体能耗比常 规抽油机减少 25 % , 可使用 29. 4 kw 电 动机, 而同级常规抽油机须用只 kw 电动机。美国 W es t er n G e a : 有限公司研制的液压驱动无游梁长冲程抽油机占地面积较小 , 可节约电耗 10 % 一 1 5 % 。美国 N a ti o n al Su p p ly 有限公司研制的无游梁长冲程抽油机节约电耗 10 % 一 20 % 3 智能抽油机 美国 N a t io n al S u p p ly 有限公司研制的智能抽油机减速器峰值扭矩 减少 34. 7 %, 电动机功率减少 1 7. 4 % , 产量增加 19 % , 抽油机系统效率平均提高 47. 8 % , 投 资费用减少 20 % , 成本利用率提高 2 0. 7 %。 天然气发动机驱动抽油机 美国生产的天然气发 动机驱动抽油机可比电动机功率减少 30 % , 动力费用与采油成本均较低。4 变平衡力矩抽油 机 美国 Pi on ne r 公司研制了变平衡力矩抽油机, 利用抽油机连杆运动以及新增加的连杆摆 动机构作用原理, 使得上冲程时平衡力矩大于下冲程时的平衡力矩 , 实现更精确地平衡抽油 机载荷、减少抽油机电力消耗的目的

三·国内抽油机的发展趋势 20 世纪 9O 年代以来,我国东部各主要油田相继进入中高含水开发期[17]。为确保高效生 产,对抽油机的要求呈现两个特点:一是急需采用长冲程抽油机,以增加油井的产液量;二 是为了降低油井的单位生产成本,对抽油机的节能性提出了更高的要求[18]。其次就目前抽 油机耗电量大,工作效率、能量利用率低这一现状仍是我国抽油机研究的重点之一,在抽油 机效率和节能方面,还有很大的提升空间,具有非常诱人的前景[19]。 长冲程抽油机的研 制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈, 长冲程抽油机具有减小冲程损失、 提高系统 效率、延长机杆泵的使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点 [20]。因此, 发展长冲 程抽油机对当前我国老油田高含水井后期开采, 减缓产量递减速度, 开采稠油、 低渗透油田以 及沙漠油田深井及超深井的机械开采, 都具有重要的现实意义[21]。游梁式抽油机的局限性 十分突出,多方面事实说明,长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展 的主要方向[22]。为适应油田采油需要, 在适当发展游梁式长冲程抽油机的同时, 应加速开发 各类无游梁式长冲程抽油机[23]。 开发无游梁曲柄摇杆轮式斜井抽油机和大型斜直井抽油 机将对我国油气资源开采有重要意义[24]。 根据我国实际情况, 发展无游梁大冲程、 低能耗、 具有高适应性的直井抽油机和斜井抽油机, 将是我国今后抽油机发展的主要方向[25]。 近年 来,变频技术在抽油机上得到了广泛应用。利用变频控制系统实时调整工作参数,提高电机 功率因数,减小供电电流,还可以实现电机的软起动,减小冲击,并可根据油井供液能力实 时调整冲次频率,实现增产节能效果[26];另外, 研究开发机电一体化抽油装置,根据抽 油机井特性实时控制和改变抽油状态,实现高效智能化采油[27]。如美国 NSCO 公司智能抽 油机,采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测,具有功能多、抽油效率高、自动 化程度高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点[28]。 研发大型、高适应性的丛式井抽 油机,随着世界油气资源的不断开发,油层开采深度逐年加大,油田含水量的增多,大泵提 液采油工艺和稠油开采等都要求采用大型抽油机[29]。现代大型抽油机应具备有高适应性, 以适应多种恶劣环境和地层油层的变化, 如开发一种机型能适应不同自然气候与地貌环境的 差异、地层油层的迁移改变、冲程冲次的改变、油气层性状的改变、连续与间歇抽油的调整 等[30]。另外,由于现代大型抽油机的结构和控制的复杂性,体积的庞大,其工作面积也相 应增大,同一抽油机可以对多口相邻油井同时抽油作业,采用综合平衡方式和节能方式,达 到最好的作业效果[31

四·国外抽油机的发展趋势 如前所述, 世界范围内抽油机技术发展的总趋势是向着多样化、超大载荷、长冲程、节能 型、无游梁式和自动化、智能化方向发展[32]。 1.朝着大型化方向发展 随着世界油气资 源的不断开发,开采油层深度逐年增加,石油含水量也在不断增多,采用大泵提液采油工艺 和开采稠油等,都要求采用大型抽油机,所以近年来,国外出现了许多大载荷抽油机,如前 置式气平衡抽油机最大载荷 213kN,气囊平衡抽油机最大载荷 227kN 等[33]。还会出现更大 载荷新型抽油机[34]。采 用长冲程抽油方式,抽油效率高,抽油机寿命长,动载荷小,排 量稳定, 具有较好的采油经济效益, 所以近年来国外出现了许多长冲程抽油机, 如法国 Mape 公司抽油机,最大冲程 10m[35];美国 WGCO 公司抽油机最大冲程 24.38m,NSCO 公司抽油 机最大冲程 27.48m;原苏联钢带式超长冲程抽油机最大冲程 1500m。长冲程抽油机全部采 用低冲次抽油方式, Mape 公司抽油机最大冲次 5min , GDCO 公司抽油机最大冲次为 3min[36]。 2.朝着低能耗方向发展 为了减少能耗,提高采油经济效益,近年来国外研制 与应用了许多节能型抽油机。 例如异相型抽油机节电 15%~35%; 前置式抽油机节电 36.8%; 前置式气平衡抽油机节电 35%;轮式抽油机节电 50%~80%;大圈式抽油机节电 30%;自动 平衡抽油机节电 30%~50%;低矮型抽油机节电 5%~20%;ROTAFLEX 抽油机节电 25%;智 能抽油机节电 17.4%;螺杆泵采油系统节电 40%~50%[37]。 3.朝着精确平衡方向发展 近 年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果, 使抽油机得到更精确平衡。 例如变平衡力矩 抽油机,可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机,由于可在动态下调节 气平衡,平衡效果较好。气囊平衡抽油机有 90%以上载荷得到平衡。双井抽油机可利用两口 油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平衡。 自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到 较精确的平衡效果[38]。 4.朝着高适应性方向发展 现代抽油机应具有较高的适应性,以 便拓宽使用范围[39]。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要;适应各种成分石 油抽汲的需要; 适应各种类型油井抽汲的需要; 适应深井抽油需要; 适应长冲程抽油的需要; 适应节电的需 要;适应精确平衡的需要;适应无电源和间歇抽油的需要;适应优化抽油的 需要等[40]。 5.朝着长冲程无游梁方向发展 近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽 油机,其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机 [41]; 实践与理论分析表明, 增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向; 增大冲程无游梁 抽油机是增大冲程抽油机的发展方向;长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向 [42]。 6.朝着自动化和智能化方向发展 近年来抽油机技术发展的显著标志是自动化和智 能化。美国 Baker 提升系统公司、Delta-X 公司、APS 公司等均研制了自动化抽油机,具有保 护和报警功能,实时测得油井运行参数,及时显示与记录并通过计算机进行综合计算分析, 推出最优工况参数,进一步指导抽油机以最优工况抽油。美国 NSCO 公司智能抽油机,采用 微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测, 具有抽油效率高、 节电、 功能多、 安全可靠、 自动化程度高、经济性好、适应性强等优点[43]。 参考文献 [1] 张建军.游梁式抽油机设计计算[M].北京:石油工业 出版社,2005. [2] 张 晓东,贾国超.关于我国抽油机发展的几点思考[J]. 石油矿场机械,2008,37(1):24—37


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