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【本周專題:人工舉升】百端待舉,如日方升(一)

【本周專題:人工舉升】百端待舉,如日方升(一)

“不讀水滸,不知天下之奇;不看石油圈,不曉人工舉升之最全新進展?!毙【幷f,沒毛??!

來自 | World oil
編譯 | 張德凱

在油氣開采中,人工舉升技術應用非常廣泛且種類繁多,“人工舉升”一詞應用范疇很廣,通常指可以提高產量(一般為原油或是油/水混合物)的工具、設備、控制裝置、儀器、電腦硬件/軟件以及技術等。人工舉升可通過各種類型的泵,以機械的方式將井下液體舉升至地面,這種方式的原理非常簡單,只是通過外力改變井下液體的流速。另外,還可以通過降低井下液體靜壓的方式提高液體產量,一般通過注入氣體完成。

本文將主要討論人工舉升技術的三個方面:(1)泵輔助舉升系統;(2)液體輔助舉升系統;(3)流動狀態改善技術。當前,僅在這三方面就存在至少11種人工舉升技術,在每一類中也存在非常規及新型技術。表1列出了三種主要的人工舉升方式及每一類的具體人工舉升技術,表2-4列出了多項通用人工舉升設計標準及限制。

【本周專題:人工舉升】百端待舉,如日方升(一)

表1.人工舉升系統的類型和類別

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表2.大流量舉升系統

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表3.低到中等流量舉升系統(系統效率大大依賴可達速率)

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表4.流增強或非常規系統

?桿式泵發展歷程

游梁式抽油機主要由三部分構成:地面游梁泵、抽油桿、井下柱塞泵,在實際應用中的構成要更加復雜。

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圖1. Tenaris公司的AlphaRod HS高強度抽油桿(左)和CS抗腐蝕抽油桿(右)在抗疲勞、抗腐蝕方面性能極為出色。

新一代抽油桿

目前,抽油桿的主要材料為常規鋼種,在非腐蝕及井下環境良好的情況中表現尚可,但隨著井下環境逐步惡化(如腐蝕性增加等)、作業強度提高、操作條件更具挑戰性,常規抽油桿已不能滿足應用要求。

為了克服日益復雜的人工舉升技術應用挑戰,Tenaris公司推出了新型抽油桿AlphaRod,專門解決成熟油藏、非常規油藏的人工舉升難題。得益于耐用性能、抗腐蝕性能的顯著提高,無論作業載荷大小,無論是抽油機或是螺桿泵(PCP),新型抽油桿都能輕松應對。

新型抽油桿分為兩種,分別為AlphaRod HS高強度服務和AlphaRod CS抗腐蝕服務。AlphaRod HS主要用于中等腐蝕環境、高作業載荷的應用,相對于常規高強度抽油桿,該產品的性能更加優異,效率更高;AlphaRod CS系列主要用于高腐蝕環境中,同時其載荷強度也要高于常規(API)抽油桿。

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圖2. AlphaRod系列抽油桿是常規抽油桿的完美替代品,在提高工作效率的同時還能降低操作成本和化學處理頻率。

歷經四年的研發測試,Tenaris專注于新型化學組成的鋼材,對抽油桿材料的熱處理工藝進行了全新設計,確保產品性能、質量得到全面的提升,最終推出了AlphaRod系列產品。

電動抽油桿轉動系統

NOV(國民油井)擁有一條完善的完井、生產方案產品線,其人工舉升技術種類多、設計精良,應用范圍廣,在業內有廣泛的認可度,其中包括自動化&監測設備、生產設備&服務、液壓抽油泵系統、螺桿泵系統和油管&抽油桿轉動系統等。經過多年的實際應用,NOV的抽油桿轉動系統能夠大幅提高抽油機的效率和穩定性。

NOV的Hercules電動抽油桿旋轉器(ERR)于2016年一季度投入應用。相比于常規機械抽油桿轉動器,Hercules是具有劃時代意義的產品,如圖3所示。Hercules ERR由一個配備高齒數比的低電壓電機驅動,連接至控制系統或獨立控制模塊。相對于機械轉動器,EER能夠避免常規機械臂/電纜的使用,系統穩定性更高。此外,Hercules還集成了旋轉傳感器,通過與控制盒的配合使用,能夠實現人工舉升系統的有效監測,在故障發生時快速通知操作人員。由于Hercules ERR的監測、控制更加精確,操作人員可以及時調整轉速(常規方式是計算一天的轉速平均值,滯后性強),降低了抽油桿的旋轉扭曲和摩擦損耗。

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圖3.NOV的新型Hercules ERR,能夠消除常規機械臂/電纜的使用。

除了Hercules ERR,NOV還在Hercules ERR傳感器技術的基礎上開發了智能抽油桿轉動系統,能夠有效避免由于井筒斜度較大引起的抽油桿早期磨損,如圖4所示。智能抽油桿轉動系統能夠進行常規的抽油桿轉動器完整性檢測,在與泵控制器(RPCs)聯用時,可以進行人工系統的遠程監測、警報,減少了現場維護、工作時間。抽油桿導向器能夠避免石蠟在管串內沉積,同時使摩擦損耗平均分布于抽油桿及聯軸器,增強了系統穩定性。以上這些技術革新有效減少了井筒的停井時間。

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圖4.智能抽油桿轉動系統能夠進行常規的抽油桿轉動器完整性檢測,可以進行人工系統的遠程監測、警報。

智能抽油桿轉動系統配備了可編程控制器(PLC),如果在規定的時間范圍內抽油桿轉動發生異常,將會自動向RPC發送警報。同時,在每個旋轉周期結束,PLC會向RPC發送實時信號,以可視化的方式記錄、儲存數據。

下期關鍵詞:桿式泵,液壓錨,桿式泵沖程優化

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