採油工程中所使用的採油管柱是組成採油機械系統的主要部分，管柱能夠將油井中的原油舉升至地面。為了適應不同的採油需求，已經出現了針對稠油開發及普通原油開發的專業採油管柱。
基本介紹
- 中文名：採油管柱
- 外文名：flow string
- 分類：普通原油、稠油採油管柱
- 套用：機械採油系統
- 學科：石油工程
- 實例：有桿抽油泵採油管柱
介紹,普通採油管柱,稠油採油管柱,
介紹
我國多數油田形成於陸相沉積盆地之中，油藏地質結構複雜，油井完井後，地層能量、井況及產出液物理性質多種多樣。在開採原油時，如果油井的自身能量不能將井筒中的原油舉升到地面，就需要採用以機械採油為主的方式進行人工舉升。採油管柱是機械採油系統的組成部分，位於井筒內，所起的作用是將地面的能量傳遞至井筒中的原油，並且舉升到地面。採油管柱分為普通原油採油管柱與稠油採油管柱兩大類。
普通採油管柱
普通採油管柱是相對於稠油採油管柱而言的，為了適應地層能量、井況及產出液物理性質的生產要求，經過長期的研究及套用，普通採油管柱種類繁多，已形成系列化，現場套用較多、技術比較成熟的有兩類：有桿抽油泵採油管柱及無桿泵採油管柱。
有桿抽油泵採油管柱
有桿抽油泵採油管柱分為普通有桿抽油泵採油管柱和特殊有桿抽油泵採油管柱兩大類。其中僅由油管、抽油桿、標準抽油泵、篩管及絲堵組成時稱為普通有桿抽油泵採油管柱；在特殊井況及產出液的油井中，需要在管柱上配套使用輔助工具或特殊抽油泵才能完成原油開採，這種管柱稱為特殊有桿抽油泵採油管柱。
一、普通有桿抽油泵採油管柱
(1)結構
主要是由抽油桿、油管、標準抽油泵(標準管式抽油泵或標準桿式抽油泵、篩管及絲堵組成的採油管柱，如圖1所示。
圖1
(2)工作原理
利用抽油桿將抽油機的往復運動傳遞至標準抽油泵，使活塞作往復運動對井筒內的井液增加能量，井液通過油管舉升至地面，完成人工舉升。
(3)技術指標
正常排量範圍：1—100m/d；正常下入深度範圍：<3000m
(4)適應性分析
①管柱配套使用標準管式抽油泵時，排液量較大，但在起下作業時，需要起下全部管柱，非生產時間較長，修井費用高，因此多在淺井或中深井中使用。
②管柱配套使用標準桿式抽油泵時，排液量較小，在起下作業時，不需要起下全部管柱，非生產時間較短，因此多在低產或深井中使用。
③管柱在井液黏度400mPa·s以下免修期平均二年，但不適用於大斜度井、水平井、稠油井、出砂井、高油氣比井；
④管柱適宜自動控制，不適宜海上及市區生產。
二、特殊有桿抽油泵採油管柱
1、防砂卡抽油泵管柱
(1)結構
主要是由抽油桿、油管、防砂卡抽油泵及絲堵組成的採油管柱，如圖2
圖2
(2)工作原理
抽吸過程與標準管式泵相同，防砂卡抽油泵雙筒環形空間沉砂結構可消除管柱在出砂油井生產過程中或中途停抽時，因泵上管柱積砂及砂子進人柱塞與泵筒之間造成的砂卡，減少泵的磨損，延長管柱生產周期。
(3)技術指標
正常排量範圍：1～100m/d；正常下入深度範圍：<3000m
(4)適應性分析
管柱適應含砂量<5%的出砂井生產，可防止砂卡，其他管柱適應性與普通有桿抽油泵採油管柱配套使用標準管式抽油泵相同。
2、防氣鎖泵管柱
(1)結構
主要是由抽油桿、油管、環閥式防氣泵、封隔器式螺旋沉降氣錨、篩管及絲堵組成的採油管柱。如圖3所示。
圖3
(2)工作原理
管柱配套使用環閥式防氣泵、封隔器式螺旋沉降氣錨，減少管柱在高氣油比井生產時氣體的不利影響，提高管柱的工作效率。
(3)技術指標
正常排量範圍：1.00m/d；正常下入深度範圍：<3000m
(4)適應性分析
用於氣油比達420的油井生產，減少氣體對管柱的不利影響，可防止氣鎖，提高泵效，其他管柱適應性與普通有桿抽油泵採油管柱配套使用標準管式抽油泵相同。
3、液壓反饋抽稠泵管柱
(1)結構
主要是由抽油桿、油管、液壓反饋抽稠泵、篩管及絲堵組成的採油管柱，如圖4所示。
圖4
(2)工作原理
利用液壓反饋抽稠泵結構，減少管柱在稠油井生產中因黏滯阻力過大造成的抽油桿柱下行困難及吸入差的不利影響，提高管柱的工作效率。
(3)技術指標
正常排量範圍：1.100m3/d；正常下入深度範圍：<3000m
(4)適應性分析
用於原油黏度小於4000mPa·s的稠油井，減少稠油對管柱的不利影響，其他管柱適應性與普通有桿抽油泵採油管柱配套使用標準管式抽油泵相同。
無桿泵採油管柱
不需要抽油桿生產的採油管柱稱為無桿泵採油管柱。現場套用較多、技術比較成熟的有兩類：潛油電泵採油管柱及水力噴射泵採油管柱。
一、潛油電泵採油管柱
(1)結構
潛油電泵採油管柱，主要由兩部分組成，如圖5所示。①潛油機組：電機、保護器、油氣分離器、多級潛油離心泵等。外形受油層套管尺寸的的限制，被製造成為細長園柱體形狀，長度可達幾十米，為了製造、運輸及安裝方便，各組件分節製造，長度一般不超過8m。在現場下井時，用花鍵連線，外殼用法蘭螺栓連線，以上各主要部件都有各種規格以滿足不同油井的要求。機組的下面安裝有扶正器，上面安裝有單流閥和泄油器。
圖5
②專用電纜：大、小扁潛油電纜，外形扁平。
(2)工作原理
自於地面的電力經過專用電纜使井下電機運轉並帶動離心泵工作，井液在離心泵的作用下將動能轉化為壓頭，經油管被舉升到地面。為了防止井液進入電機，承受泵的軸向負荷的作用，在潛油電機上配套使用保護器。為了減少游離氣對離心泵的不利影響，在離心泵的吸入口配套使用油氣分離器。
(3)技術指標
正常排量範圍：80—905m/d；正常下入深度範圍：<2000m
(4)適應性分析
①排量調節範圍寬，可在額定排量的10%一100%範圍內正常工作，耐腐蝕，工作溫度可達200℃。但存在井口工作壓力高，地面污水處理負擔大的問題。
②適用於受水驅控制的油井、高含水液量大的油井和低氣液比的油井。適用於斜井、稠油井、高含砂井生產。
③作業施工工序較多，一次性投入大，不適應高含氣井生產。
二、水力噴射泵採油管柱
(1)結構
主要是由油管、水力噴射泵、封隔器等組成的採油管柱，如圖6所示。
圖6
(2)工作原理
從套管進人的高壓動力液通過水力噴射泵將封隔器以下的井液抽吸並排出地面。
(3)技術指標
正常排量範圍：1-100m/d；正常下入深度範圍：<3000m
(4)適應性分析
①水力噴射泵無運動部件，允許使用低質量的動力液，對高含水井、出砂井、高氣液比井的適應性強。但存在效率低(低於30%)，要求井口工作壓力高，地面污水處理負擔大的問題。②受封隔器使用條件限制，不宜在大斜度井和水平井中使用。③對於套管耐壓強度低或封隔器以上套管漏失的井不適用。
稠油採油管柱
普通抽稠泵採油管柱
(1)管柱結構
主要是由抽油桿、油管、管式抽稠油泵、篩管及絲堵組成的採油管柱。
(2)管柱工藝原理
利用抽油桿將抽油機的往復運動傳遞給管式抽油泵或桿式抽油泵，使活塞作往復運動對井筒內的井液進行抽吸，井液通過油管到達地面，完成人工舉升。
(3)主要技術指標
適應井斜度≤45。；井深≤2000m；最高工作溫度200℃；最高工作壓差25MPa；含水≤90%。
(4)管柱適應性分析
管柱適應稠油井生產，可防止砂卡，其他適應性與普通有桿抽油泵採油管柱配套使用標準管式抽油泵相同。
電加熱開採管柱
一、空心抽油桿加熱採油裝置
空心抽油桿加熱採油裝置是在空心桿內下人加熱電纜，使空心抽油桿和加熱電纜組成集膚加熱體，利用工頻集膚加熱原理使原油在井筒內得到降黏。這套裝置是當前國內稠油開採過程中井筒舉升工藝的創舉。
(1)裝置構成
空心抽油桿工頻電熱採油裝置主要由空心抽油桿、特種電纜、電控櫃、特種變壓器四個部分組成，如圖7所示。
圖7
①空心抽油桿。空心抽油桿除了將抽油機的動力傳給抽油泵外，還可使特種電纜穿過泵筒，下到泵下進行加熱，降黏減阻，使原油充分人泵，提高泵效。
②特種電纜。它是根據空心桿越泵加熱的需要，針對井筒溫度的高低、下井深度的不同而特製的專用電纜。
③電控櫃。
④特種變壓器。特種變壓器是根據空心抽油桿工頻電加熱採油裝置的供電需要，按常規泊浸電力變壓器的使用條件設計製造的，並依據油井的分布情況和所需功率，分單井點和多井點(平台井)選用相適應的特種變壓器。
(2)工作原理
空心抽油桿工頻電熱採油裝置的加熱原理是：特種電纜由電纜引入器插入空心抽油桿內，與電路連線器形成迴路。通電後在兩個載流導體上形成電流方向相反，數值大小相等的條件，在空心桿內壁產生工頻集膚效應，使電流集中在管壁極薄層內流過，從而大幅度增加了交流阻抗。在集膚效應、鐵損、臨近效應和禁止效應的共同作用下，產生熱量實現電熱轉換。由於加熱體在油管內部，故產生的熱量隨時被所舉升的介質帶走，實現了對油管內部原油自下而上的全過程加熱。又因發熱量的大小可由加熱電功率控制、調整，故完全可以滿足設計要求，保證油井正常生產。
二、空心抽油桿越泵電熱採油技術及配套裝置
空心抽油桿越泵電熱採油裝置是一種新型的稠油開採技術，其核心是採用空心環流泵取代管式抽油泵，把空心抽油桿直接穿過泵筒、下到尾管內。利用工頻集膚效應原理，實現泵上、泵內、泵下對油流進行加熱降黏，從而保證了油井正常生產。
(1)裝置構成
空心抽油桿越泵電熱採油裝置主要由空心抽油桿、特種電纜、空心抽油泵、電控櫃、特種變壓器五個部分組成(圖8)。
圖8
①空心抽油桿：技術參數及組成詳見關於空心桿的簡介。
②特種電纜：技術參數及分類詳見關於特種電纜的簡介。
③空心抽油泵：空心抽油泵是實現泵下加熱、降黏的重要組成部分，主要由泵筒系統和柱塞系統組成。泵筒系統由泵筒、固定閥外殼、導流擋塊、護管等組成；柱塞系統由加長桿、柱塞中心桿、柱塞、柱塞閥座、柱塞閥體、固定閥體、滑動密封套、滑動密封桿等組成。該泵採用機械開啟，延長檢泵周期，自動泄油，泵效高，金屬密封，耐溫可達350℃。
空心抽油泵工作原理：當抽油機上行時，遊動閥體坐封在遊動閥座上，從而帶動活塞上行，舉升原油，同時滑動密封套在壓差及滑動密封桿的摩擦力作用下上行，使固定閥體打開，開始進油。當抽油機下行時，閥體離開閥座，活塞在導流擋塊的推動下，開始下移，同時滑動密封套在自重、壓差及滑動密封桿的摩擦力作用下向下移動，使固定閥體坐封在固定閥座上，原油沿遊動閥開啟的間隙及出油口流到活塞上部。這樣就完成了一個衝程的吸排油工作。
④電子控制櫃：技術參數及組成詳見關於電控櫃的簡介。
⑤特種變壓器：技術參數及組成詳見關於特種變壓器的簡介。
(2)工作原理
空心抽油桿越泵電熱採油裝置的工作原理與現場使用的空心抽油桿泵上電熱採油原理基本一致。加熱過程是將特種電纜由電纜引人器插入空心抽油桿內，穿過空心環流泵，經泵下特種空心桿，到達下端電路連線器，與特種空心桿、柱塞中心桿及空心抽油桿接通，形成迴路。通電後使兩個載流導體基本上形成電流方向相反、數值大小相等的條件，、在空心桿內壁產生工頻集膚效應，使電流集中在管膚壁極薄層內流過，從而大幅度增加了交流阻抗。在集膚效應、鐵損、臨近效應和禁止效應的共同作用下，產生熱量實現電熱轉換。
由於加熱體在油管內部，故產生的熱量隨時被所舉升的介質帶走，實現了從泵下、泵體到泵上對介質的全過程加熱。又因發熱量的大小，可由加熱電功率控制、調整，故完全可以滿足使用要求，保證油井正常生產。所不同的是空心環流泵取代了管式抽油泵。把加熱深度延伸到泵下，直至尾管下端，實現對井筒液流全過程加熱增溫、降黏，較好地解決了泵下油稠入泵難的問題。
