石油圈
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。截至2013年底，中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）機采井十九萬四千口，約占總井數的98%，機采產液量約占油井總產液量的99%。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。石油圈原創www.h29736.cn
1 人工舉升工藝及裝備技術現狀
1.1 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。目前中國石油抽油機井有170000 多口，泵掛達到了3000ｍ之深，日排量從幾立方米到幾百立方米，平均檢泵周期為734d。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，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。
針對這些問題，國內外開展了一系列技術攻關，研發了功率法調平衡、動態控制等多項技術，最大限度提高油井載荷與電機載荷的匹配性，降低電量損耗。新型驅動電機也是節能提效的有效途徑，最新研制的永磁直驅電機，去掉了皮帶，直接驅動減速機構，同時減少了勵磁電能的損耗和傳動效率損失，節電率達到了10%～30%。節能提效的另一個方法是長沖程、低沖次的立式抽油機，目前已經開發了直線電動抽油機、自動平衡抽油機、外轉子抽油機、高原機等一系列新型抽油機，沖程都在6ｍ以上，相比老式抽油機節能均在15%以上，正在逐步推廣應用。
國內目前關于桿管偏磨問題的主要解決方案是高強度抽油桿、增油短接、扶正器和油管內襯，延長運行周期。國外某公司研制了抽油桿張力裝置，通過降低抽油桿彎曲的角度減輕桿管偏磨。
中國是世界第一抽油桿生產大國，年生產能力一億九千六百萬米，研發了高強度抽油桿、玻璃鋼、碳纖維連續抽油桿等一系列新型抽油桿，抗拉強度1640MPa；抽油泵目前主要是整筒柱塞泵，又發展了自補償泵、雙作用泵、防氣泵、反饋泵等適用多種油井條件的抽油泵。
1.2 地面驅動螺桿泵舉升技術石油圈原創www.h29736.cn
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。
中國自20世紀80年代開始研發螺桿泵，一直致力于增加下井深度、提高排量、延長壽命和拓寬使用范圍。近年來，隨著對橡膠技術和等壁厚螺桿泵等新結構的深入研究，螺桿泵性能進一步提高，已形成排量為5～240m3／d、揚程為500～2000m的系列產品。目前中國石油地面驅動螺桿泵井超過11000口，平均檢泵周期約700d，基本與抽油機持平。從螺桿泵的能耗情況看，普通螺桿泵比抽油機節電20%～23%，新研發的地面永磁直驅電機，又比普通螺桿泵節電16%～17%。國外NOV公司螺桿泵設計泵掛深度達到了3800ｍ，是目前螺桿泵舉升最深泵掛。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。
1.3 電潛泵舉升技術
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。經過20多年的發展，國內目前已有力神、中成等電潛泵專業生產廠10余家，技術基本能夠自足。電潛泵目前主要用于井溫≤180℃、日產量＞30ｍ3的油井、排水采氣井等，包括直井或斜井。目前中國石油電泵井總數約3000口，平均檢泵周期近1000d，是檢泵周期最長的機采方式。石油圈原創www.h29736.cn
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。斯倫貝謝Hotline高溫電潛泵耐溫達300℃；貝克休斯新的高效氣體處理裝置使電潛泵能在95%含氣的工況下正常工作，進一步提高了系統的適用性和可靠性。研發了連續油管下電潛泵工藝等，降低了作業成本和風險。電潛泵目前的主要不足是對產量要求較高，由于中國主力油田產量普遍偏低，應用受到限制。
1.4 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。經過20多年的發展，中國石油氣舉技術目前較為成熟，可用于揚程＜3500ｍ，日產量在30m3 以上、井溫≤120℃的油井。近年來，隨著3＋1／2″（88.9mm）、4＋1／2″（114mm）氣舉工具的研發，適應產量擴大至900ｍ3／d；鋼絲投撈作業角度也從40°提高到69°，實現斜井投撈作業。另外，為了解決大斜度井氣舉閥投撈成功率低的難題，國內正在攻關氣舉閥切換技術，降低因為更換氣舉閥造成修井費用。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。伊朗等單井產量高的海外區塊分布較多，中國石油目前有氣舉井約200口，分布在吐哈、塔里木、冀東油田和四川氣田等。
2 人工舉升評價及優化決策技術
每種采油方式在技術和經濟上都存在合理的界限，這些界限不僅取決于采油方式本身的工作原理、使用的設備及技術完善情況，而且與油藏地質特征、開發政策、開發現狀及環境條件等眾多因素有關。采油優化評價決策技術是在油藏工程設計產量指標可行性分析的基礎上，通過系統節點分析，對不同采油方式進行適應性分析、優化設計和產能預測，選擇技術上可行、經濟上合理的采油方式，并確定舉升設備、操作參數和預測工況指標。目前油井優選、分析、優化技術都已經集成到軟件模塊中，以油井供液能力（IPR）為依據，以整個系統的協調為基礎，使系統的效率最高和耗能最小。國外油氣設計分析軟件已有20多年的研制歷史，已經商業化的軟件有Pipesim、Wellflo、PCPump、Rodstar等。這些進口軟件功能單一，不能滿足中國復雜井型和多樣化采油設備的優化與決策需求，且均為單機版軟件，造成應用壁壘，無法共享中國石油豐富的數字信息平臺。
國內也編制了許多油氣井單井設計分析軟件，如華北OPRS、江蘇RD和奧伯特Peoffice等。中國石油大學也編制了采油方式評價系統，主要包括油井產能研究、不同采油方式生產模型建立及最優方案設計研究、不同采油方式經濟性評價模型建立及綜合評價。針對舉升方式多樣化需求，中國石油組織研制了“油氣井生產系統優化設計與診斷決策軟件（ProPE）”，具有物性分析計算、單井產能預測、多相管流計算、溫度場計算功能，可以對抽油機井、螺桿泵井、電潛泵井、氣舉采油井4種主體人工舉升方式和小油管、連續氣舉、泡排3種排水采氣方式進行優化設計與診斷，并具有輔助決策功能。在華北、大港、冀東、吉林、大慶等多個油田應用近20000井次，年節電6800×104kWh，提高系統效率3%，診斷符合率達到93%，延長檢泵周期78.6d，效果非常明顯。目前已經實現網絡化，開發的數據橋能夠與中國石油數據平臺動態連接，實現了數據共享。除了繼續優化和完善應用工況，該技術目前正在開發移動生產管理系統和油氣井快速反應平臺，從而進一步提高現場人員的工作效率。石油圈原創www.h29736.cn
3 人工舉升關鍵配套技術
3.1 軟件量油技術石油圈原創www.h29736.cn
“功圖量油”技術最早可追溯到20世紀80年代初，在隨后的幾十年里，“功圖量油”技術經歷了從“拉線法”處理功圖面積求產到“有效沖程法”求產的過程，理論技術也從定性逐漸發展到定量，最終發展到以油井工況診斷為基礎，結合泵漏失、泵充滿程度、氣體影響等因素的“綜合診斷法”油井計量技術。目前一些優化決策軟件已經包括了功圖量油模塊。
目前最為先進的是功圖診斷與液量計量相結合的“綜合診斷法”油井計量技術，關鍵技術是通過計算機模型對泵功圖的獲取與識別。在新疆油田、大慶油田、延長油田、大港油田等全國各油田逐漸得到應用。泵功圖通常都是通過計算機模型獲得，下步發展方向是進一步提高泵功圖的準確性。正在研究通過在井下泵安裝位移傳感器，直接讀取柱塞行程，消除抽油桿對泵功圖的影響。
3.2 人工舉升系統仿真優化技術
人工舉升系統重要評價參數是系統效率。舉升對象是井筒中油－氣－水的多相流體，對人工舉升系統效率有著顯著的影響。國內學者對抽油機系統中抽油桿、皮帶傳動都建立了仿真模型，燕山大學建立了基于系統效率抽油機仿真模型，開發了“抽油機井高效運行計算機仿真優化系統”，現場試驗實測系統效率提高24.49%；電潛泵系統效率仿真模型，考慮流體性質的影響，更加準確地分析了電泵有功功率。據統計，若平均提高系統效率5%，年節電將近50億kWh，人工系統仿真有著不可替代的作用。建議在抽油機等成熟系統仿真研究的基礎上，擴大到新的舉升方式，例如電潛柱塞泵舉升技術系統仿真，優化井下電機功率配備及電纜損耗，使系統效率保持在最理想狀態。
版權聲明|文章來自石油學報，原文標題：人工舉升技術現狀與發展趨勢，版權歸原作者所有。
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