维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年８月 试 采 技 术 第２３卷 ・ ５６ ・ 第３期 连续抽油杆采油技术及其应用 任福生 刘艳平 （胜利油田孤岛采油厂，东营２５７５０９） 摘 要 通过对连续抽油杆技术原理及现场应用情况的介绍对比，说明连续抽油杆采油 技术是目前油田小泵深抽的有效方法，节能效果显著，有较好的应用前景。 主题词 ［连续抽油杆］ 钢丝绳抽油杆 原理 应用 连续抽油杆外层以异形钢丝捻制，防腐型外部 国内外应用情况 包一层耐盐、耐酸、耐碱和耐硫化氢腐蚀的特殊材 料，耐温高，可在一４０～１７０℃的环境下工作，具有 １９７０年以来，俄罗斯采用普通密封式钢丝绳 可靠的结构和优越的性能。 作为杆体进行钢丝绳抽油杆研究和井下试验，因其 １．主要结构特点 在小载荷结构伸长方面的问题没有解决，严重影响 （１）外层钢丝闭锁紧密，钢丝与钢丝之间无缝 了其产品的推广应用。加拿大Ｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｄ公司 隙，外界的腐蚀介质不易进入，抗腐环境好； 生产的实心连续杆在８０年代初投入应用，并取得 （２）外表圆滑，无接箍，运行平稳，耐磨损； 了较好的效果。但其挠度小，设备庞大，价格高昂， （３）经特殊工艺处理，承载时结构稳定，消除了 使推广应用受到了一定的限制。 结构伸长； 国内在钢丝绳连续杆的研制工作方面较深入、 （４）使用中不会打弯，平直度好； 系统、全面的是石油大学。从１９９３年开始，与恒力 （５）结构紧凑，横截面内金属填充因素高达 ０．９１～０．９３。 集团合作进行了全面的研究，取得了突破性进展， 目前已建立了国内第一条生产线，并已在国内推广 ２．技术指标 应用 （１）规格： １９ ｍｍ，０２２ ｍｍ，０２５ ｍｍ； （２）长度：８５０～５０００ ｒｎ； （３）强度：≥１４７０ ＭＰａ； 连续抽油杆主要技术性能 （４）综合破断拉力：≥３２９ ｋＮ； （５）结构伸长：≤０．１‰； 连续抽油杆采用密封钢丝结构，一般选用中、 （６）疲劳寿命：≥１０’次。 高碳低合金冷拔钢丝捻制，线材经高温索氏体化处 ３．技术特点 理，金属的结构呈细片状均匀分布的渗碳体和铁素 钢丝绳连续抽油杆相对于钢质普通杆有以下 体。这种组织具有良好的冷加工性能和力学性能， 技术特点： 再经足够深度的冷拔工艺处理，达到充分的加工硬 （１）连续杆比普通杆的物理性能有相当大的提 化，使钢丝抗拉强度大于１４７０ ＭＰａ，同时又具有良 高，而重量却减小（见表１），减小抽油杆负荷１０％ 好的塑韧性。 以上，电机能耗下降ｌ３％～２５％； ＊任福生：男，山东潍坊人，工程师，１９６８年生，１９９１年毕业于成都地质学院石油地质专业，现任胜利油田孤岛采油厂垦利管理区副经 理，主要从事采油技术管理工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３誊 第３期 任福生、刘艳平：连续抽油杆采油技术及其应用 ２００２年８月 ・５７ ・ （２）可连续起下，减少作业时间； 、表２ 大型抽油泵与小排量电泵性能时比 （３）中间无接箍，表面光滑，消除了抽油杆工作 过程中的活塞效应及与油管间的“硬摩擦”现象，降 低能耗，产液量提高３０％以上。节约了成本； ＼指 蚕型 ＼ Ｏ９５ ｍＦｆｌ抽油泵 ４ １×４次／分×ｌ２ ３５ ｌ３００ ＲａｄａＤ８２ １５０ｍ ｌ２９０ｖ×４５Ａ×ｍｓＯ ６５．７ ｌ６００ 工作参数 消耗电量（ｋｗ） 极限下深（ｍ） （４）同直径的连续杆较普通杆重量轻，强度高， 可以用小直径连续杆代替大直径普通杆。大大降 低了抽油机负荷，从而加深泵挂； （５）抗拉强度高，结构伸长极小，减小了冲程损 失，可提高泵效３０％以上。 表１ 普通Ｄ级杆与连续杆性能比较 —＼排量（ｍ ／ｄ） 泵效（％） ｌ６０～７０ ｌＯ ２ ｌ２０～ｌ８０ ８０～ｌ２０ 作业成本（万元） ３２ 表３各类抽油杆、抽油机状态下泵的极限下入深度 泵径 极限下入深度（ｍ） 抽油杆 项目＼拍油杆类别 普通抽油杆 ３５ＣｒＭｏ 连续抽油杆 ７０ 钢５５ 钢 ２５（Ｌ）× ２５（Ｄ） ０．７×０．３ （ＩＴｌｍ） １４型 １２型 １０型 普通１３级杆多级组合 Ｏ９５ ｌ２６０ ｌ０８０ ９００ ９３８ 材料 Ｏ８３ ｌ４９ｌ ｌ２７８ ｌ０６５ ｌｌ５０ Ｏ７０ １７９７ １５４０ １２８３ １４５４ Ｏ５６ ２ｌ０ｌ ｌ８５６ ｌ５４７ ｌ９５９ Ｏ４４ ２５８９ ２２ｌ９ ｌ８４９ ２５５６ Ｏ９５ ｌ３３ｌ ｌｌ４２ ９５ｌ 硬度值（ＨＲＣ） 尺寸（ｍｍ） 抗拉强度（ＭＰａ） ２２ ｌ９ ２２ ７９４ ４５ ２５ ｌ９ ２２ ｌ４７０ ２５ 综合破断拉力（ｋＮ） ２７０ ３３５ ４ｌ５ ３２９ ４ｌＯ ５ｌＯ 弹性模量（ＭＰａ） ２１．４×１０ ６×１０ ２２（Ｌ）× Ｄ２５（Ｄ） ０ ７×０ ３ Ｏ８３ ｌ５９２ ｌ３６４ ｌｌ３７ Ｏ７０ １９４５ １６６７ １３８９ Ｏ５６ ２３８５ ２０４５ ｌ７０３ 单位长度重力（Ｎ／ｍ） ２３．８ ３２．４ ４２．４ ２０．５ ２６．４ ３４．５ 连续抽油杆的技术优势 连续抽油杆由于本身所具有的柔性特征。只能 Ｏ４４ ２９０８ ２４９３ ２０７８ Ｌ：连。续杆 ２２（Ｌ）× ０９５ ｌ３９８ ｌｌ９８ ９９８ Ｄ：普通Ｄ级杆 ｌ９（Ｄ）× ２２（Ｄ） ０．４×０ ３ ×０．３ Ｏ８３ ｌ６８７ ｌ４４６ ｌ２０５ Ｏ７０ ２０８９ ｌ７９０ ｌ４９ｌ Ｏ５６ ２６４９ ２２７ｌ ｌ８９３ Ｏ４４ ３２４２ ２７７９ ２３ｌ５ 受拉，不能受压。因此应与普通杆混合使用，利用 普通杆在井下作为配重杆，使杆柱重量主要集中在 下部，保持连续抽油杆柱处于拉伸状态。 连续抽油杆具有重量轻、强度高的特点，其下 泵深度可达４０００～５０００ ＩＴＩ。另一方面。在同样深 注：１４、ｌ２型抽油机工作制度为４．８ ｍ×４次／ｍｌｎ。１０ 型抽油机工作制度为３ ｒｎ×６￣／ｍｉｎ；液体密度为ｌ ｔ／ｍ ．动 液面在井口。 度时则可减小抽油机的负荷，从而可使用小型抽油 机，节约成本。 抽油机一抽油泵装置的实际产量取决于抽油 连续抽油杆的应用范围 由于连续抽油杆卓越的性能，可大面积替代抽 油机井的杆柱结构。其力学性能（如结构伸长、弹 性模量、抗拉强度等）大大超过了Ｄ级普通抽油杆 泵柱塞的实际冲程及抽油泵的容积效率，而实际冲 程又取决于抽油机光杆冲程、抽油杆和油管在静载 荷作用下的弹性变形所产生的冲程损失，以及抽油 的水平，在采油领域将有广泛的应用前景，而其在 现场最有效的作用可表现在以下两方面： １．大泵提液 油田进人开发后期。综合含水上升极快。在胜 利油田某些区块综合含水已达９５％以上。为了提 高原油产量，电潜泵在这些区块应用广泛，每台电 杆柱工作过程中的弹性振动所引起的抽油泵柱塞 的超冲程。连续抽油杆由于其弹性模量较小，固有 频率较低，冲次与其基本频率的比值较大，因而可 能产生的超冲程也较大。 表２显示了大型抽油泵与电泵在能耗上的差 异，表３显示了连续抽油杆、普通Ｄ级抽油杆在不 潜泵的成本高达３０余万元，使用寿命２～３年，从 而造成吨油成本的提高。目前抽油泵泵径已发展 到 ７０ ｍｍ、 ８３ ｍｍ、 ９５ ｍｍ、 ｌ０２ Ｆｉｌｍ，在一定 同抽油机、不同杆柱配置时的极限下泵深度。从而 看出连续抽油杆在各方面的优越性。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年８月 ・试 采技术 ５８・ 第２３卷 第３期 范围内替代了部分电泵，但同时存在着极大的局限 性。连续抽油杆具有良好的物理机械性能，使泵能 生产 表４ 垦３１—４油井生产数据 泵 工作参数 日产量 泵 泵 选值日期 径 液 油 含水 挂 效 状况 （ｎｑｌ＇ｎ） （ｍ×次／ ｎ） （ｔ） （ｔ） （％） （ｍ） （％］ 普 通 ２０００抽油杆 １０ Ｏ７０ ４．８×４ —够下人更大的深度，同时，由于没有接箍减小了“活 塞”效应，降低了抽汲阻力，从而提高了采油效率， 在一定程度上可以代替部分深抽的电泵井。 ２．小泵深抽 ６０ ７８ ２ ９６．３ １０５０ ５６． ３ ９６．３ １４０３ ７３．！ 连续杆 ２０００—１１ Ｏ７０ ４．８×４ 油田存在着大量的低渗透井，储层物性差， 渗流能力低，供液能力差。小泵深抽是目前应用 较广的采油工艺之一，如 ４４ ｍｍ泵、 ３８ ｍｍ杆 式泵等，由于下泵深度大，抽油杆断现象难以避 免，造成多次无功作业，成本上升，影响了油井 的正常生产；而连续抽油杆因其重量轻、强度大 从表中可以看出，使用连续抽油杆日产液量达 到７８ ｍ０／ｄ， ７０型抽油泵理论排量为１０６．４ ｍ０／ｄ， 该井泵效达到７３．３％。该井利用普通抽油杆下 ７０型抽油泵，当泵挂为１０５０ ｍ时，日产液量为 ６０ ｔ／ｄ，泵效为５６．４％，且易出现抽油杆断脱事故。 使用连续抽油杆可以增加下泵深度，排液量提高 的优势，则可克服这一缺点，将泵下人更大的深 度。在泵挂深度相同的情况下，连续杆可提高泵 效２５％～３５％左右。 ３０％，泵效提高３０％。能有效解决断脱和供液不 足的问题。 现场应用及分析 连续抽油杆已经在青海、华北、中原等油田进 行了１０口井的现场试验，效果较好。２００１年１１ 月３０日，在胜利油田垦３１＿４油井进行了试验，取 结 论 目前，我国陆上油田机械采油井已占总油井数 的９７％。因此，连续抽油杆在机械采油方面以其独特 的优越性，将有很好的应用前景，在降低能耗，提高 得了较好的效果。该井生产数据如表４所示。 采收率，降低综合成本方面，具有明显的经济效益。 （收稿日期：２００２—０３—２２） 无液ＣＯ２加砂压裂：一项被忽视了的工艺 美国能源部（ＤＯＥ）对在肯塔基州东部地区具有水敏 Ｎ，泡沫增产措施１３，５和２２．２ ＭＭｃｆ／ｗｅｌｌ（３８．２×１０ 和 ６２．８３×１０ ｍ ／ｗｅｌ１）ｏ 最新报告中考察的一个２１口井井组包含有Ｐｉｋｅ郡 性泥盆系页岩进行的无液水力压裂试验给予了支持。这 最新研究包括ｃＯ２加砂压裂措施井与Ｎ２气和泡沫增 产措施井５年来的产量对比。 ｃＯ 加砂压裂独一无二的优点是施工后地层中无残 一的单层和双层水力增产措施的气井。２１口井井组包含 ＣＯ２加砂压裂的井（７口井，ｌ１层），Ｎ，气增产的井（９口 井，ｌ１层）和Ｎ２泡沫增产的井（５口井，９层）。 Ｎ，气体增产措施一般每层需要１ＭＭｓｃｆ（２．８３× １０ ｍ ）的氮气，并以１００Ｍｃｆ／ｍｉｎ（２８３０ ｍ ／ｍｉｎ）的速度注 入。Ｎ，泡沫增产措施应用５０，０００～１２８，５００ Ｉｂｍ（２２．７～ 留液体，消除了残留液体对地层造成损害的可能性。ｃ０２ 以液态注入，在地层条件下气化。对于低压、干气油藏，这 一工艺是较佳的选择。 ＣＯ２加砂压裂的使用于１９８２年首次形成文献，该文 献证明早些时候在气井进行的现场试验非常成功。到 １９８７年为止，加拿大进行了４５０余次的ｃ０２加砂压裂作 业，Ｃｏ，加砂压裂技术的商业价值在加拿大已得到了广泛 的认可。在美国第一次ｃ０２加砂压裂的应用源于１９９３年 能源部资助的肯塔基州东部Ｂｉｇ Ｓａｎｄｙ气田的一个项目。 肯塔基州东部天然气的巨大储量位于泥盆系页岩层， 它也就是ＣＯ２加砂压裂的目标层。 第一次试验涉及５口单层采取增产措施的泥盆系页 岩井。Ｐｉｋｅ郡有２口井的效果非常好，另外有４口井同样 都采用了ＣＯ，加砂压裂措施。与附近采用其它增产措施 的１１口井相比，这４口井的增产效果表示出很大的产量 优势。９个月后其每口井增产量分别超过采用Ｎ２气体和 ５８．３ ｔ）２０盘０目砂粒支撑剂。ｃ０，加砂压裂措施一般使用 １２０ｔ液态ｃｏｚ以及３０，０００～４６，０００ Ｉｂｍ（１３．６～２０．９ ｔ） ２０／４０目砂粒支撑剂。由于液态ＣＯ２的粘度大约为０．１ ｃＰ， 所以要以４５～６０ ｂｂｌ／ｍｉｎ（７．１６～９．５４ ｍ ／ｍｌｎ）￣｝量泵入 以达到足够快的传输速度。在这一试验区，无液ｃＯ２和Ｎ２ 中包含有最少量的前置酸液，并非完全没有液体。 采用ＣＯ２加砂压裂措施的井平均５年每层累积产量 比Ｎ２泡沫增产措施井增加了５７．８ ＭＭｃｆ（１６３．６×１０ ｍ ），效益比为６．５；比Ｎ２气体增产措施井的每层累积产 量增加了４５．４ ＭＭｃｆ（１２８．４×１０ ｍ ），效益比为３．０。 郎春艳译自ＪＰＴ ２００２ Ａｐｒｉｌ