游梁式抽油机局限于系统的结构和使用条件,用电效率平均在30%以下。而液压抽油机举升技术具有节能减排、绿色低碳、安全环保、智能化程度高、成本低、省人力、占地少等优点,技术优势显著,应用前景较好,适用于中小排量采油井集约化建产、工厂化作业、智能化管控。通过调研国内外液压抽油机技术应用现状,梳理出目前广泛应用的3种液压抽油机的结构、工作原理、技术优势和不足,同时对3种液压抽油机的现场应用效果进行跟踪评价,从节电率和经济性两方面衡量应用效果,最后总结了液压抽油机研发设计面临的技术挑战和未来发展趋势,为液压抽油机多元发展、定型技术系列和管理模式、提升科研人员研发设计水平、实现推广应用奠定基础和指明方向。

无游梁液压抽油机采用液压缸与抽油杆直连结构,存在液压缸举升载荷大、液压系统工作压力大、液压系统投入成本高、冲击大的问题,还有液压抽油机井口让位、复位操作繁琐等缺点。针对上述情况,开展了游梁平衡式液压抽油机的研究。通过采用液压驱动技术,利用液压缸的伸缩运动,实现游梁绕支架上端的支撑座转动;游梁尾端为配重,游梁上配套平衡调节装置,较好地解决了液压抽油机存在的以上问题。通过利用平台井、加密井井距小的特点,实现以一台液压工作站驱动多井采油的游梁平衡式液压抽油机,解决了常规抽油机耗材高、能耗高的问题。目前样机经过试验,设备运转平稳,单机重量降低35.3%,能耗降低20%。针对平台井、加密井,研究游梁平衡式液压抽油技术能够实现高效采油。

在无杆举升采油技术中应用电动潜油柱塞泵的井多为低产井,这些低产井通过设置地面控制装置调整泵冲次来控制采油井产量。为延长单井运转周期,研制了电动潜油柱塞泵井下工况自适应控制系统。井下工况自适应控制系统可实现井下沉没压力的采集、分析,并对电动潜油柱塞泵运行冲次进行调整,实现了对井液采出速率的闭环控制,使得电动潜油柱塞泵能够在一定的沉没度条件下运行,优化了电动潜油柱塞泵的工作条件。该装置累计应用4口井,实现了自适应控制功能。现场试验表明,应用电动潜油柱塞泵井下工况自适应控制系统,为实现采油井的平稳运行和节能提效提供了技术保证。

为了降低低产井开发成本,延长检泵周期,在某低产区块进行电动潜油柱塞泵及其配套技术现场试验。根据该区块特点,设计试验方案,将机械开采方式由抽油机改造为电动潜油柱塞泵,并配套闭环控制技术、远程控制技术和新型工具,通过对比改造前后的生产参数,评价电动潜油柱塞泵系统的工作性能。由试验数据显示,在日产液量基本不变的情况下,电动潜油柱塞泵比抽油机系统效率提高4. 4%,节电率达到30. 7%;电动潜油柱塞泵应用闭环控制技术,可以有效降低冲击载荷,使系统运行更加稳定,比常规控制技术节电27. 3%;采用远程控制技术可以在线获取生产参数,减少巡井工作量。结果表明,电动潜油柱塞泵对低产区块具有良好的适应性,拥有广泛的推广价值,是油田节能降耗的重要技术支撑。

针对现阶段无法直接获取电动潜油柱塞泵位移和载荷这一技术难点,研发了电动潜油柱塞泵故障诊断系统。通过该系统在地面实时采集电压和电流参数,同时经小波数据处理算法过滤出正常信号,计算出功率来实现时间一功率示功图的绘制,进而分析出系统故障类型。室内实验和现场试验说明,通过时间一功率示功图,可以直观地分析采油井生产状态,从而及早发现、及时处理常见系统故障,保障了采油井的正常生产。电动潜油柱塞泵故障诊断系统的成功研发,为电动潜油柱塞泵的故障分析提供了重要的技术支持。

举升式液压动力猫道是实现小修作业自动化的重要组成部分,其中最核心的机构是举升机构。举升机构设计的优劣直接影响整个系统的工作性能。为解决传统举升机构的举升力不足、支撑机构部件的应力集中导致易断裂失效的问题,对部分零部件进行了结构优化设计,提出一种新型举升机构的设计方案,并应用有限元软件对所设计的举升机构进行动态仿真分析和强度校核。分析表明,举升机构运行平稳,举升液压缸和各铰接点的载荷较小,系统可靠性高,从而验证设计方案的合理性和可行性。目前,采用该举升机构的液压动力猫道现场施工120口井,装置运行平稳,载荷小,故障率低,可靠性高,为实现小修作业自动化奠定了技术基础。

随着新《环境保护法》的深入实施,油气生产单位面临越来越大的环保压力。在新形势、新要求下,大庆油田油水井带压作业施工井数逐年上升;但大庆油田80%以上带压作业施工井井口压力都处于7MPa以内,用21MPa带压作业装备存在设备能力过剩、施工周期长、施工成本高等问题。为此,结合7MPa井口压力状况及工况需求,开展7MPa高效带压作业技术研究。主要研究思路是在21MPa带压作业技术基础上进行“两优两减”。“两优”即优化防喷器级别和主机高度;“两减”即减少防喷器和卡瓦组数量。共加工试制2套7MPa高效带压作业设备,现场试验60井次,单井带压作业施工周期提高30%以上,单井带压作业费用减少6.0万元。7MPa高效带压作业技术研究实现了提高带压作业施工效率、缩短作业施工周期、降低带压作业费用的目的。

随着油田套损形势日趋严峻,小通径套损井逐年增多,修井难度不断增加,常规修井技术已经不能满足治理需求。通过了解小通径套损井系列治理技术,包括多级组合打通道技术、逆向锻铣技术、广角液压找通道技术、逐级扩径磨铣技术、过断口落物打捞技术、小直径井径仪测井技术,提出了“新、老工艺结合,找、打通道一体”的技术思路,建立小通径套损井治理模版。该技术在现场应用20口井,其中15口井治理成功,5口井捞净落物,实现无隐患报废,修复率达到75%。该技术提高了油水井大修的修复率,保障了油田高产、稳产。