井口智能间歇抽油技术在油田中的应用

井口智能间歇抽油技术在油田中的应用
摘要：针对常规抽油机举升存在的一次性投资大、能耗高和系统效率低等实际问题，开展了井口智能间歇抽油举升工艺技术研究。

地面自动化智能装置通过钢丝绳带动提捞抽子做上下往复运动，根据液面深度、液面恢复速度的变化自动设定合理的间抽时间，达到油井的抽汲参数与地层产能合理配合，避免干抽或地层能量发挥不出来的现象，达到举升抽油的目的。

该技术的研究与应用，为油田探索出一条全新的举升方式，特别是在低产油田高含水开发期，具有广阔的应用前景。

关键词：智能间歇；钢丝绳；抽子；节能降耗
在油田生产中，常规抽油机举升方式存在一次性投资大、能耗高、系统效率低等实际问题，以普通六型抽油机为例，平均单井一次性投资25万元，年单井能耗3.6×104 kW.h，系统效率18.4%。

井口智能间歇抽油举升工艺技术同常规抽油机举升方式相比，取消了抽油机、抽油杆和地面拖动装置等常规抽油设备，系统效率提高6.41个百分点，综合节电率达到50%以上，具有显著的节能效果。

1系统组成及原理
1.1 系统组成
井口智能间歇抽油举升工艺主要由钢丝卷筒、排绳器、电动机、滑轮、井口支架等井口装置及自动化智能装置组成。

（如图1所示）。

1—机架；2—电控柜；3—刹车装置；4—钢丝滚筒；5—深度传感器；6—传动链条；7—电动机；8—圆面钢丝；9—排绳座；10—排绳丝杠；11—下限位滑轮；12—上限位滑轮；13—导轴；14—丝杠座；15—排绳支架；16—滑轮；17—重力传感器；18—数据发射器；19—防盗报警器；20—井口支架；21—斜拉筋；22—直拉筋；23—抽子。

图1 井口智能间歇抽油装置结构组成示意图
1.2 技术原理
地面自动化智能装置通过钢丝绳带动提捞抽子做上下往复运动，当抽油时电机反转，抽子带着钢丝下行，当抽子到达液体液面时，重力传感器感应到重力变化，深度传感器感应出液面高度，此时抽子继续下行，当抽子到达设置深度时，电机正转抽子上行，当抽子抽油上行至所设定的深度时，电路控制箱内的控制系统指挥电机停止转动，制动器制动使钢丝不再继续上行，根据液面恢复速度确定
抽子停止时间，等液面恢复一定高度后，电路控制箱内的控制系统指挥开启制动器，同时使电机反转，抽子带动钢丝向下运动，当抽子到达液面时继续下行到设置深度，电机正转抽子上行抽油；根据每次测得的液面深度的变化，电路控制箱内的控制系统自动增加或减少抽子停止时间，从而提高抽油效率。

抽子下行到设置深度要上行时，重力传感器所感应到重量就是此次抽油的产量，重力传感器将感应到的信号传给电路控制箱内的存储系统，电路控制箱内的存储系统存储每次抽油的产量，从而可得到每天此井的产量、平均液面深度；液体到小四通一定位置后直接从输油出口流往输油干线。

为了保证抽油装置安全运行，当深度不准时，抽子上行时，限位环接触到深度校正传感器时，深度校正传感器通过信号传输线把信号传输给电路控制箱内的控制系统指示电机停止转动，钢丝不再上行，可以保护电机。

同时电机具有负荷保护功能，当负荷大于设定负荷值时，电机自动停止转动。

根据各油田具体情况，抽子可在套管内直接抽油，不用下油管、筛管和丝堵。

2技术配套可行性研究
2.1 钢丝绳结构设计
针对普通钢丝绳复合层容易破损漏油进行技术改进。

一是研制填充钢丝绳粘胶和外层复合层材料配方；二是在钢丝绳编织加工时，采用边编织边注胶工艺，使钢丝绳内部空隙全部被胶体填充；三是钢丝绳外层复合层采用新型耐磨材料。

图2 钢丝绳结构图
(a)普通复合钢丝绳结构；(b)钢丝缠棉绳复合技术；(c )全密封多层全复合钢丝绳
最早应用的钢丝绳采用的是图2（a）形式是六股复合材料的钢丝绳，在现场试验过程中发现有漏水的现象，并且冬天材料脆、易断，针对这一问题我们对钢丝绳做了改进，采用钢丝缠棉绳复合技术，解决了易断的脆性，但发现复合钢丝绳的复合材料与钢丝绳之间有大量的缝隙吸水膨胀，且棉线材料不适合，当井底压力大，一旦复合钢丝绳出现一点问题，就会导致钢丝绳漏水，致使钢丝绳密封不严，出现“灌肠”、胶料剥离的现象。

经过不断的试验与改进，采取特殊的生产工艺，在生产单根、单股及整根钢丝的时候均复合材料，将钢丝绳的缝隙完全填满，并在外层多层编网复合高强度光滑材料，有效的提高了钢丝绳的使用寿命，同时使井口的密封性能更为可靠。

2.2 提捞抽子结构工艺设计
提捞抽子是智能抽油装置的重要工作部件，其整体结构如图3所示，主要由
上接头、球、球座、接头、中心管、背帽、压帽、胶筒、弹性块、隔环、下接头等组成。

1-上接头；2-球；3-球座；4-接头；5-中心管；6-背帽；7压帽；8-胶筒；9-金属环；10-隔环；11-下接头。

图3 抽子结构图图4 无接缝油管接头结构简图
为了解决提捞抽子密封效果和胶筒使用寿命之间的矛盾，先后使用普通橡胶胶筒、牛筋胶筒、弹力布胶筒、金属环胶筒，从结构上及材料上进行改进，目前所采用的胶筒材料为聚氨酯树脂材料，采用金属环结构，较大程度延长了提捞抽子的使用寿命。

1-公接头；2-母接头；3-油管
2.3 油管结构工艺设计
针对普通油管连接结构，存在两根油管接箍对接处缝隙大，抽子胶筒磨损严重、易卡，胶筒和钢丝绳寿命低等问题，对油管结构进行了工艺技术设计与改进。

一是增加油管丝扣长度，由53mm增加到60mm，普通油管上紧管扣后，油管内部管扣缝隙长度一般为10-20mm，通过加长管扣和特殊工艺加工，使上扣后管扣缝隙缩小到3-5mm；二是采用特制加工的油管和接箍，消除两油管接箍对接处间隙，将原来的锥扣连接改造为标准螺纹连接，增加o型圈密封，结构见图4，这样可以保证使丝扣能够上到位，两油管对接接触面是平面，彻底消除两根油管之间的缝隙。

现场采用摩擦焊工艺，更换这种特制油管接头。

在南156-382井应用该油管，效果良好，试验后抽吸过程中载荷变化平稳，没有出现卡抽子和钢丝绳拉坏的现象，提高了抽子胶筒和钢丝绳的寿命，而且提高了抽汲效率。

2.4 井口密封装置结构设计
通过结构优选和试验，确定了动静结合密封盘根盒的设计，上部采用静密封结构，下部采用补偿式动密封结构，结构如图4所示，由压盖、密封盘根座、密封盘根、调整接头、补偿盘根、弹簧座、补偿弹簧、底座组成。

密封盘根主要起到静密封作用，补偿盘根及补偿弹簧主要是在钢丝绳运动过程中起密封作用。

1-压盖；2-密封盘根座；3-密封盘根；4-调整接头；5-补偿盘根；6-弹簧座；7-补偿弹簧；8-底座
图5 井口盘根盒密封结构图
2.5 排绳换向系统结构设计
电机通过钢丝绳在滚筒上的缠绕来牵引提捞抽子上下运动，将原油提升至地面进入生产管线。

由于牵引距离长，而滚筒的直径和宽度都较小，所以钢丝绳在滚筒上要缠绕好几层。

为了避免钢丝绳在滚筒上出现乱绳现象发生，需要一种排绳换向系统，以使钢丝绳在滚筒上缠绕时实现有序排列，以达到安全生产。

针对电磁离合器排绳方式，容易丢转，难以控制问题，采用链条进行机械传动方式，避免丢转、排绳不齐问题。

2.6 智能控制系统改进
井口采用传感器将探测的载荷、压力等信号通过单片机和编程控制器，实现电机的往复运动，同时监测运行过程中载荷、电流、速度和行程的变化，实现自动启停、自动报警等运行智能化功能。

智能间歇抽油装置具有无线数据传输功能，可将产量、液面深度、运行参数及故障等数据发送到用户的手机或计算机终端上。

同时控制系统在程序上加强了对装置的过载保护，当载荷较大时，电机将停止运行，待载荷恢复正常后，系统将继续运行，不会影响正常工作。

3现场试验
2007年8月份在A1应用了井口智能间歇抽油装置，与原抽油机举升方式相比，日耗电由89.26kWh下降到37.4kWh，下降了51.86kWh，系统效率由3.69%提高到10.53%，提高了 6.84个百分点，综合节电率达到58.1%，累计节电2.21×104kWh。

试验过程中出现钢丝绳复合层破损漏油、井口密封不严、提捞抽子寿命短等问题，经过不断试验与改进，2008年10月份在A2井上应用了改进后的井口智能间歇抽油装置，截止目前已正常运转201d，与原抽油机举升方式相比，单井日节电62kWh，系统效率提高了 6.41个百分点，综合节电率达到78.98%，年可节电2.17×104kWh。

针对抽油机井，每口井每两年需检泵作业一次，费用为3万元，如果油管不腐蚀，本产品只需下一趟管柱，10年起一次管柱，大大节省了作业施工费用。

表1 A2井试验效果对比表
4结论
（1）井口智能间歇抽油技术与抽油机举升方式相比，具有一次性投资少、泵效高、能耗低、系统效率高等技术优势。

（2）井口智能间歇抽油装置由于改变了原抽油机运行模式，可根据液面深度、液面恢复速度的变化自动设定合理的间抽时间，实现了智能间歇抽油。

（3）用涂有复合材料的钢丝带替抽油杆，没有抽油杆、抽油泵、负荷减小、无偏磨现象，维修方便。

（4）由于实现自动计量，不用投入额外的计量设备，直接减少了资金投入，同时实现自动探测、存储、发射液面深度数据，减免了测试工的测试工作量。

井口智能间歇抽油技术的成功研究与应用，为油田探索出一条全新、高效的举升方式，特别是在外围低产、低渗透油田高含水开发期，有着十分重要的意义和广阔的推广应用前景。

参考文献
[1] 张琪.采油工程原理与设计[M].山东：石油大学出版社，2001：135-141.
[2] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2002：439-452.。