本期技術概覽—人工舉升技術與裝備

人工舉升是采油工程的關鍵技術環節，目前常用的舉升技術滿足了常規采油的需要，但同時還存在著效率低、能耗高、檢泵周期短等問題。隨著工況復雜化，采油成本不斷上升，人工舉升正朝著更加高效、節能、可靠的方向發展。

來自 | Baker Hughes等
編譯 | 白礬

人工舉升的作用是將油氣開采至地面，是原油開采中的重要環節。隨著油田進入開發中后期，人工舉升的地位會越來越突出。

油井在井身結構、產量、流體性質等方面差異促進了人工舉升技術的多元化發展。幾十年來，已經形成了抽油機、螺桿泵、電潛泵、氣舉等多種舉升工藝，并形成了配套的舉升方式優選方法、系統分析方法及系統優化方法。人工舉升已經成為一門綜合性的學科。

抽油機舉升技術

抽油機舉升技術已經有近百年的歷史。依靠其結構簡單、結實可靠的特點，一直占據著人工舉升的主導地位。

抽油機雖然耐用，但由于自身結構原因，存在的問題主要有：①系統效率低，據統計中國石油抽油機系統效率僅為24%；②能耗高，資料顯示舉升系統能耗約占油田總能耗的30%；③存在桿管偏磨，容易造成斷桿、管漏等，修井作業費用增加。

地面驅動螺桿泵舉升技術

地面驅動螺桿泵舉升技術最早是從國外引進的采油技術，系統包括地面驅動頭、抽油桿、螺桿泵等主要工具，在高黏度、高含砂、含氣井中優勢明顯，成為繼游梁式抽油機和潛油電泵之后的主力人工舉升方式，尤其是在聚合物驅和三元復合驅中表現出良好的適應性。

由于地面驅動螺桿泵抽油桿受扭轉和彎曲復合載荷作用，容易發生屈曲與油管接觸，目前存在的主要問題是桿管偏磨，尤其是在斜井中，問題更加突出。

電潛泵（ESP）舉升技術

電潛泵屬于無桿舉升技術。用油管將多級離心泵下入井內，地面電源通過潛油泵專用電纜輸入井下潛油電機，使電機帶動多級離心泵旋轉產生離心力，將井中的原油舉升到地面。

國外電潛泵技術發展較早，研發了系統監控裝置，實現了井下壓力溫度參數的在線測量和閉環控制技術。近年來在軟件控制、耐溫性能、配套工藝上進一步提升。

氣舉舉升技術

氣舉是通過向油套環空（或油管）注入高壓氣體，降低井筒液體的密度，在井底流壓和氣體膨脹功的作用下，將液體攜帶至井口。氣舉舉升適應高產井，需要氣源和處理裝置，地面設備多，一次投資大。

近年來，人工舉升技術取得了很大的進展，但仍沒有根本上擺脫耗能高、投資大、桿管偏磨等問題。同時，國內多數油田已經進入開發中后期，穩產形勢嚴峻，機采井數量不斷增加，人工舉升的作用越來越突出。而且隨著資源劣質化程度不斷加深，斜井、水平井等復雜井型數量不斷增加，油井工況越來越復雜，對舉升技術要求越來越高。

因此，發展更加安全環保、可靠、節能、高效的人工舉升新技術是采油工程發展的必然趨勢，為提高對生產過程中的監測和控制水平，配套的實時監測與診斷技術也必不可少。為在當前低油價的形勢下提高人工舉升系統效率、降低能耗、提高投資回報率，國內外研究人員做出了一系列的努力，本期「石油圈」將帶來其中的三項技術與裝備，分別為：貝克休斯TransCoil系列ESP系統、Materion公司ToughMet 3抽油桿聯軸器以及Artificial Lift Performance公司Pump Checker人工舉升管理系統。

TransCoil系列ESP系統

某些地區由于環境或成本等因素使鉆機的應用受到了限制，而這對于需要使用鉆機安裝的ESP設備無異于釜底抽薪。為此，貝克休斯和沙特阿美公司共同開發了TransCoil系統，該系統無需使用鉆機安裝、取消了常規的電機-電纜連接方式，提高了ESP設備的適用性和穩定性。

此外，TransCoil系統采用了全新的電纜設計，將作業深度提高到了12000ft。且TransCoil系統在高含H₂S等復雜井況下性能依舊優良，設備的運行周期得到了很大程度的提高。

ToughMet 3抽油桿聯軸器

據統計，每年頁巖地層斜井的人工舉升故障耗費的運行成本高達數億美元，而其中幾乎一半的故障與油管或抽油桿聯軸器有關。為降低抽油桿聯軸器的損壞速度，Materion和Hess公司合作開發了新型ToughMet 3抽油桿聯軸器。

該聯軸器由獨特的錫-銅-鎳亞穩合金鍛造而成，能夠有效抵抗機械磨損、螺紋損壞以及腐蝕、侵蝕等問題，即使在高溫環境下也能保持其優異的性能，能夠最大程度地減少修井次數。實驗研究表明，ToughMet 3抽油桿聯軸器顯著減少了油管失效現象，使得每口井每年能夠減少10萬美元左右的修井費用。

Pump Checker人工舉升管理系統

ESP是一種常見的人工舉升設備，目前市場上存在很多ESP廠商，也就存在著多種ESP操作系統，而且不同監測系統的顯示界面各不相同，監測人員需要監測多個不同的界面，工作量可想而知。如果一個油田有多口ESP井，不同的監測系統難免會造成生產混亂，甚至會造成嚴重的問題。

為方便工作人員管理人工舉升作業、簡化工作流程、提高作業效率，Pump Checker系統應運而生。Pump Checker系統將所有數據集成到了一塊顯示器上，能夠自動識別ESP設備問題、預測設備故障，并可基于生產數據提高生產潛能、進行前瞻性管理。

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