采油管柱

我国多数油田形成于陆相沉积盆地之中，油藏地质结构复杂，油井完井后，地层能量、井况及产出液物理性质多种多样。在开采原油时，如果油井的自身能量不能将井筒中的原油举升到地面，就需要采用以机械采油为主的方式进行人工举升。采油管柱是机械采油系统的组成部分，位于井筒内，所起的作用是将地面的能量传递至井筒中的原油，并且举升到地面。采油管柱分为普通原油采油管柱与稠油采油管柱两大类。

普通采油管柱是相对于稠油采油管柱而言的，为了适应地层能量、井况及产出液物理性质的生产要求，经过长期的研究及应用，普通采油管柱种类繁多，已形成系列化，目前现场应用较多、技术比较成熟的有两类：有杆抽油泵采油管柱及无杆泵采油管柱。

有杆抽油泵采油管柱分为普通有杆抽油泵采油管柱和特殊有杆抽油泵采油管柱两大类。其中仅由油管、抽油杆、标准抽油泵、筛管及丝堵组成时称为普通有杆抽油泵采油管柱；在特殊井况及产出液的油井中，需要在管柱上配套使用辅助工具或特殊抽油泵才能完成原油开采，这种管柱称为特殊有杆抽油泵采油管柱。

一、普通有杆抽油泵采油管柱

(1)结构

主要是由抽油杆、油管、标准抽油泵(标准管式抽油泵或标准杆式抽油泵、筛管及丝堵组成的采油管柱，如图1一1所示。

(2)工作原理

利用抽油杆将抽油机的往复运动传递至标准抽油泵，使活塞作往复运动对井筒内的井液增加能量，井液通过油管举升至地面，完成人工举升。

(3)技术指标

正常排量范围：1—100m³/d；正常下入深度范围：<3000m

(4)适应性分析

①管柱配套使用标准管式抽油泵时，排液量较大，但在起下作业时，需要起下全部管柱，非生产时间较长，修井费用高，因此多在浅井或中深井中使用。

②管柱配套使用标准杆式抽油泵时，排液量较小，在起下作业时，不需要起下全部管柱，非生产时间较短，因此多在低产或深井中使用。

③管柱在井液黏度400mPa·s以下免修期平均二年，但不适用于大斜度井、水平井、稠油井、出砂井、高油气比井；

④管柱适宜自动控制，不适宜海上及市区生产。

二、特殊有杆抽油泵采油管柱

1、防砂卡抽油泵管柱

(1)结构

主要是由抽油杆、油管、防砂卡抽油泵及丝堵组成的采油管柱，如图1—2所示。

(2)工作原理

抽吸过程与标准管式泵相同，防砂卡抽油泵双筒环形空间沉砂结构可消除管柱在出砂油井生产过程中或中途停抽时，因泵上管柱积砂及砂子进人柱塞与泵筒之间造成的砂卡，减少泵的磨损，延长管柱生产周期。

(3)技术指标

正常排量范围：1～100m³/d；正常下入深度范围：<3000m

(4)适应性分析

管柱适应含砂量<5%的出砂井生产，可防止砂卡，其他管柱适应性与普通有杆抽油泵采油管柱配套使用标准管式抽油泵相同。

2、防气锁泵管柱

(1)结构

主要是由抽油杆、油管、环阀式防气泵、封隔器式螺旋沉降气锚、筛管及丝堵组成的采油管柱。如图1—3所示。

(2)工作原理

管柱配套使用环阀式防气泵、封隔器式螺旋沉降气锚，减少管柱在高气油比井生产时气体的不利影响，提高管柱的工作效率。

(3)技术指标

正常排量范围：1.00m³/d；正常下入深度范围：<3000m

(4)适应性分析

用于气油比达420的油井生产，减少气体对管柱的不利影响，可防止气锁，提高泵效，其他管柱适应性与普通有杆抽油泵采油管柱配套使用标准管式抽油泵相同。

3、液压反馈抽稠泵管柱

(1)结构

主要是由抽油杆、油管、液压反馈抽稠泵、筛管及丝堵组成的采油管柱，如图1—4所示。

(2)工作原理

利用液压反馈抽稠泵结构，减少管柱在稠油井生产中因黏滞阻力过大造成的抽油杆柱下行困难及吸入差的不利影响，提高管柱的工作效率。

(3)技术指标

正常排量范围：1.100m3/d；正常下入深度范围：<3000m

(4)适应性分析

用于原油黏度小于4000mPa·s的稠油井，减少稠油对管柱的不利影响，其他管柱适应性与普通有杆抽油泵采油管柱配套使用标准管式抽油泵相同。

不需要抽油杆生产的采油管柱称为无杆泵采油管柱。现场应用较多、技术比较成熟的有两类：潜油电泵采油管柱及水力喷射泵采油管柱。

一、潜油电泵采油管柱

(1)结构

潜油电泵采油管柱，主要由两部分组成，如图1—14所示。①潜油机组：电机、保护器、油气分离器、多级潜油离心泵等。外形受油层套管尺寸的的限制，被制造成为细长园柱体形状，长度可达几十米，为了制造、运输及安装方便，各组件分节制造，长度一般不超过8m。在现场下井时，用花键连接，外壳用法兰螺栓连接，以上各主要部件都有各种规格以满足不同油井的要求。机组的下面安装有扶正器，上面安装有单流阀和泄油器。

②专用电缆：大、小扁潜油电缆，外形扁平。

(2)工作原理

自于地面的电力经过专用电缆使井下电机运转并带动离心泵工作，井液在离心泵的作用下将动能转化为压头，经油管被举升到地面。为了防止井液进入电机，承受泵的轴向负荷的作用，在潜油电机上配套使用保护器。为了减少游离气对离心泵的不利影响，在离心泵的吸入口配套使用油气分离器。

(3)技术指标

正常排量范围：80—905m³/d；正常下入深度范围：<2000m

(4)适应性分析

①排量调节范围宽，可在额定排量的10%一100%范围内正常工作，耐腐蚀，工作温度可达200℃。但存在井口工作压力高，地面污水处理负担大的问题。

②适用于受水驱控制的油井、高含水液量大的油井和低气液比的油井。适用于斜井、稠油井、高含砂井生产。

③作业施工工序较多，一次性投入大，不适应高含气井生产。

二、水力喷射泵采油管柱

(1)结构

主要是由油管、水力喷射泵、封隔器等组成的采油管柱，如图1—15所示。

(2)工作原理

从套管进人的高压动力液通过水力喷射泵将封隔器以下的井液抽吸并排出地面。

(3)技术指标

正常排量范围：1-100m³/d；正常下入深度范围：<3000m

(4)适应性分析

①水力喷射泵无运动部件，允许使用低质量的动力液，对高含水井、出砂井、高气液比井的适应性强。但存在效率低(低于30%)，要求井口工作压力高，地面污水处理负担大的问题。②受封隔器使用条件限制，不宜在大斜度井和水平井中使用。③对于套管耐压强度低或封隔器以上套管漏失的井不适用。

(1)管柱结构

主要是由抽油杆、油管、管式抽稠油泵、筛管及丝堵组成的采油管柱。

(2)管柱工艺原理

利用抽油杆将抽油机的往复运动传递给管式抽油泵或杆式抽油泵，使活塞作往复运动对井筒内的井液进行抽吸，井液通过油管到达地面，完成人工举升。

(3)主要技术指标

适应井斜度≤45。；井深≤2000m；最高工作温度200℃；最高工作压差25MPa；含水≤90%。

(4)管柱适应性分析

管柱适应稠油井生产，可防止砂卡，其他适应性与普通有杆抽油泵采油管柱配套使用标准管式抽油泵相同。

一、空心抽油杆加热采油装置

空心抽油杆加热采油装置是在空心杆内下人加热电缆，使空心抽油杆和加热电缆组成集肤加热体，利用工频集肤加热原理使原油在井筒内得到降黏。这套装置是当前国内稠油开采过程中井筒举升工艺的创举。

(1)装置构成

空心抽油杆工频电热采油装置主要由空心抽油杆、特种电缆、电控柜、特种变压器四个部分组成，如图1—17所示。

①空心抽油杆。空心抽油杆除了将抽油机的动力传给抽油泵外，还可使特种电缆穿过泵筒，下到泵下进行加热，降黏减阻，使原油充分人泵，提高泵效。

②特种电缆。它是根据空心杆越泵加热的需要，针对井筒温度的高低、下井深度的不同而特制的专用电缆。

③电控柜。

④特种变压器。特种变压器是根据空心抽油杆工频电加热采油装置的供电需要，按常规泊浸电力变压器的使用条件设计制造的，并依据油井的分布情况和所需功率，分单井点和多井点(平台井)选用相适应的特种变压器。

(2)工作原理

空心抽油杆工频电热采油装置的加热原理是：特种电缆由电缆引入器插入空心抽油杆内，与电路连接器形成回路。通电后在两个载流导体上形成电流方向相反，数值大小相等的条件，在空心杆内壁产生工频集肤效应，使电流集中在管壁极薄层内流过，从而大幅度增加了交流阻抗。在集肤效应、铁损、临近效应和屏蔽效应的共同作用下，产生热量实现电热转换。由于加热体在油管内部，故产生的热量随时被所举升的介质带走，实现了对油管内部原油自下而上的全过程加热。又因发热量的大小可由加热电功率控制、调整，故完全可以满足设计要求，保证油井正常生产。

二、空心抽油杆越泵电热采油技术及配套装置

空心抽油杆越泵电热采油装置是一种新型的稠油开采技术，其核心是采用空心环流泵取代管式抽油泵，把空心抽油杆直接穿过泵筒、下到尾管内。利用工频集肤效应原理，实现泵上、泵内、泵下对油流进行加热降黏，从而保证了油井正常生产。

(1)装置构成

空心抽油杆越泵电热采油装置主要由空心抽油杆、特种电缆、空心抽油泵、电控柜、特种变压器五个部分组成(图1—18)。

①空心抽油杆：技术参数及组成详见关于空心杆的简介。

②特种电缆：技术参数及分类详见关于特种电缆的简介。

③空心抽油泵：空心抽油泵是实现泵下加热、降黏的重要组成部分，主要由泵筒系统和柱塞系统组成。泵筒系统由泵筒、固定阀外壳、导流挡块、护管等组成；柱塞系统由加长杆、柱塞中心杆、柱塞、柱塞阀座、柱塞阀体、固定阀体、滑动密封套、滑动密封杆等组成。该泵采用机械开启，延长检泵周期，自动泄油，泵效高，金属密封，耐温可达350℃。

空心抽油泵工作原理：当抽油机上行时，游动阀体坐封在游动阀座上，从而带动活塞上行，举升原油，同时滑动密封套在压差及滑动密封杆的摩擦力作用下上行，使固定阀体打开，开始进油。当抽油机下行时，阀体离开阀座，活塞在导流挡块的推动下，开始下移，同时滑动密封套在自重、压差及滑动密封杆的摩擦力作用下向下移动，使固定阀体坐封在固定阀座上，原油沿游动阀开启的间隙及出油口流到活塞上部。这样就完成了一个冲程的吸排油工作。

④电子控制柜：技术参数及组成详见关于电控柜的简介。

⑤特种变压器：技术参数及组成详见关于特种变压器的简介。

(2)工作原理

空心抽油杆越泵电热采油装置的工作原理与现场使用的空心抽油杆泵上电热采油原理基本一致。加热过程是将特种电缆由电缆引人器插入空心抽油杆内，穿过空心环流泵，经泵下特种空心杆，到达下端电路连接器，与特种空心杆、柱塞中心杆及空心抽油杆接通，形成回路。通电后使两个载流导体基本上形成电流方向相反、数值大小相等的条件，、在空心杆内壁产生工频集肤效应，使电流集中在管肤壁极薄层内流过，从而大幅度增加了交流阻抗。在集肤效应、铁损、临近效应和屏蔽效应的共同作用下，产生热量实现电热转换。

由于加热体在油管内部，故产生的热量随时被所举升的介质带走，实现了从泵下、泵体到泵上对介质的全过程加热。又因发热量的大小，可由加热电功率控制、调整，故完全可以满足使用要求，保证油井正常生产。所不同的是空心环流泵取代了管式抽油泵。把加热深度延伸到泵下，直至尾管下端，实现对井筒液流全过程加热增温、降黏，较好地解决了泵下油稠入泵难的问题。