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威德福為抽油機發展指明新方向

威德福為抽油機發展指明新方向

縱觀歷史,絕大多數人工舉升系統都已在開采常規油氣的直井中取得了長足的發展。然而過去幾十年里,由于在常規和非常規油氣開采中水平井、斜井以及S型井的出現,人工舉升方法的應用發生了巨大的變化。尤其是抽油機,在斜井中,由于抽油機井下設備和油管磨損的加劇,其在斜井中的應用受到了巨大的挑戰。井下人工舉升設備與油管之間的摩擦會造成油管磨損,甚至出現漏洞,而這將會造成生產滯后、成本上升等問題,同時所需的修理工作和設備替換也會浪費大量的時間。

量身定制的斜井抽油機系統

油服公司為克服上述困難、解決人工舉升系統在斜井應用中存在的特殊問題,嘗試了多種改進的人工舉升方案。往復式抽油機(RRL)已在常規油氣生產井中取得了廣泛應用,在非常油氣規領域也逐漸受到了重視。在常規生產井中,往復式抽油機利用通過抽油桿柱聯結的地面動力裝置與井下抽油泵將流體舉升到地面。

常規抽油機系統采用的抽油桿柱是由不同的部件構成的,通過螺紋連接的方式組合在一起。常規抽油桿柱每25~30ft就需要一個接頭,將桿柱兩部分連接在一起。在通常情況下,抽油桿柱的數量甚至達到幾百個,這些抽油桿的聯結需要耗費大量的作業時間。

連續抽油桿式抽油機采用一根連續的抽油桿,抽油桿無需螺紋鏈接,抽油桿整體無接箍存在,目前該設備已逐步在往復式抽油機和螺桿泵應用中替代常規抽油桿。在很多采油應用中,連續抽油桿是一種經濟有效的常規抽油桿替代品,主要原因就是連續抽油桿安裝過程中無需聯結。連續桿只需要兩個螺紋接頭,分別在桿柱頂部和底部,顯著地促進了其應用發展。

除了節約抽油桿聯結時間外,連續抽油桿也更加穩定,傳統抽油桿柱中每多一個桿柱聯結點就增加了一個桿柱可能發生失效的點。例如,桿柱之間的聯結過松或過緊可能會加速其發生疲勞性失效,人工聯結操作也可能造成扭矩偏差。除了穩定性差以外,常規抽油桿聯結也增加了作業風險,因為在裝配和拆卸過程中鉆臺上始終需要有兩名操作人員在場。

統一的結構設計

連續抽油桿柱的突出特點就是采用了統一的結構設計,它共有三個顯著的優點。首先,統一結構設計降低了抽油泵工作過程中抽油桿上下運動時油管和桿柱間的接觸載荷。而常規桿柱的接箍將接觸載荷都集中作用在了油管上,加劇了接觸面處的磨損速率,使用連續桿則不會產生載荷集中的磨損面。相反,連續抽油桿將接觸載荷均勻的作用在了整個油管上,這無疑能夠顯著降低油管磨損速率、延長整個系統的工作壽命,并且減少了采油期間的修理工作、延長了裝置的使用壽命。

其次,采用統一結構設計增大了抽油桿柱和生產油管之間的環空間隙,降低了壓力損失,無需改換地面設備就可能實現增產。同由接箍聯結的常規抽油桿柱中的紊流相比,連續抽油桿更大更均勻的環形空間同樣也有助于確保流體流動時保持層流狀態。另外,由于不需要接頭、扶正器和抽油桿導向器,這不僅提高了系統的整體效率,而且還大大降低了舉升成本。

最后,采用統一結構設計后,連續桿比同等長度的抽油桿柱輕了8%。這有效降低了地面設備的載荷,使得作業人員可以將桿柱下至井更深的位置,從而提高抽油泵效。

桿柱應力降低

同常規抽油桿柱相比,使用連續桿的另外一個好處就是其能夠降低應力和減少疲勞。由于接箍比抽油桿本身更堅硬,這就造成了桿柱接箍附近處彎曲應力的增大。這些接箍處出現彎曲的可能比抽油桿本身可大至10倍,而連續桿的統一化設計則確保桿柱具有與井筒相一致的曲率,使得接觸載荷在井頭拐彎處的分布變得更加均勻。

案例研究

連續抽油桿柱舉升系統已在常規油氣開采中應用了近60年,不僅減少了停產時間、更實現了增產。例如,某公司在加州2500口、拉丁美洲的1000口和加拿大2000口井中都采用了該系統。而在斜井中,該技術也應用了近50年,并且同樣取得了相似高度的成就。

例如,哥倫比亞某陸上油田的井斜度較大,其中某些井最終的井斜角甚至達到了80度,并存在高氣液比(GLR)、地面設備可用空間有限和附近無電源的問題。其他比較特別的油井生產條件還有:儲層埋深4000~8000ft(1213~ 2438m)、含水率小于5%、產液量700bbl/d(111.3m3/d)、API值24、油井出砂低于0.1%、低粘。

該油田起初使用螺桿泵(PCP)采油,但是油井較高的氣液比(GLR)為螺桿泵內彈性材料的使用帶來了很多困難,比如作業過程中出現的彈性材料膨脹和較大的扭矩波動。螺桿泵在彈性材料失效前的使用壽命小于30天,這導致了冗長的設備修理時間和停井時間。

油田經營者曾經考慮用電潛泵(ESP)代替螺桿泵(PCP)。盡管電潛泵(ESP)并不受地面空間的限制、運行也良好,但是較高的初期投資成本和能源需求量降低了其經營效率,因此若在全油田進行普及并不實際。

經全油田分析,從空間有限和前期人工舉升系統的使用效果來看,往復式抽油桿柱舉升(RRL)系統是最好的替代性選擇。一套完整的往復式抽油桿柱舉升(RRL)系統包含一個水力增壓裝置和一個壓氣泵作為其主要部件。這是鑒于它們兩個突出的性能:對不斷變化的井況具有的較強適應性,和高氣液比(GLR)條件下高效工作而不嚴重損害系統效率的能力。

該系統同樣還包含了桿式泵控制器,可持續不間斷地監控油井生產狀況,連續抽油桿可有效降低由于井斜造成的管柱磨損。此外,在抽油系統中還使用了天然氣分離器對泵入口處的游離氣進行處理。

往復式抽油機舉升(RRL)采用連續抽油桿,消除了前期人工舉升方案中遇到的絕大多數故障。系統已在油田累計使用超過800天,而未出現較長時間的停井停產或維修工作。經營者們在相對較短的時間內收回了投資成本,這也促進了其在該油田的持續性發展。

像該案例的成功,極大地刺激了全球經營者們對連續桿舉升系統的興趣。同樣,常規和稠油油田提高采收率技術以及非常規油氣新發展也對定向井和水平井技術提出了新要求。

應用前景

在當前低油價背景下,高效、穩定、低成本的生產無疑是非常重要的,而連續抽油桿技術完全能滿足運營商的這些要求。該技術在實際的應用中也證明了其應用穩定性和潛力,其在后續的應用中也必將更加廣泛。

來自/威德福 ? ? 譯者/張強 ? ?編輯/Lemon Zhang

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