本期技术概览—人工举升技术与装备

人工举升是采油工程的关键技术环节，目前常用的举升技术满足了常规采油的需要，但同时还存在着效率低、能耗高、检泵周期短等问题。随着工况复杂化，采油成本不断上升，人工举升正朝着更加高效、节能、可靠的方向发展。

来自 | Baker Hughes等
编译 | 白矾

人工举升的作用是将油气开采至地面，是原油开采中的重要环节。随着油田进入开发中后期，人工举升的地位会越来越突出。

油井在井身结构、产量、流体性质等方面差异促进了人工举升技术的多元化发展。几十年来，已经形成了抽油机、螺杆泵、电潜泵、气举等多种举升工艺，并形成了配套的举升方式优选方法、系统分析方法及系统优化方法。人工举升已经成为一门综合性的学科。

抽油机举升技术

抽油机举升技术已经有近百年的历史。依靠其结构简单、结实可靠的特点，一直占据着人工举升的主导地位。

抽油机虽然耐用，但由于自身结构原因，存在的问题主要有：①系统效率低，据统计中国石油抽油机系统效率仅为24%；②能耗高，资料显示举升系统能耗约占油田总能耗的30%；③存在杆管偏磨，容易造成断杆、管漏等，修井作业费用增加。

地面驱动螺杆泵举升技术

地面驱动螺杆泵举升技术最早是从国外引进的采油技术，系统包括地面驱动头、抽油杆、螺杆泵等主要工具，在高黏度、高含砂、含气井中优势明显，成为继游梁式抽油机和潜油电泵之后的主力人工举升方式，尤其是在聚合物驱和三元复合驱中表现出良好的适应性。

由于地面驱动螺杆泵抽油杆受扭转和弯曲复合载荷作用，容易发生屈曲与油管接触，目前存在的主要问题是杆管偏磨，尤其是在斜井中，问题更加突出。

电潜泵（ESP）举升技术

电潜泵属于无杆举升技术。用油管将多级离心泵下入井内，地面电源通过潜油泵专用电缆输入井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转产生离心力，将井中的原油举升到地面。

国外电潜泵技术发展较早，研发了系统监控装置，实现了井下压力温度参数的在线测量和闭环控制技术。近年来在软件控制、耐温性能、配套工艺上进一步提升。

气举举升技术

气举是通过向油套环空（或油管）注入高压气体，降低井筒液体的密度，在井底流压和气体膨胀功的作用下，将液体携带至井口。气举举升适应高产井，需要气源和处理装置，地面设备多，一次投资大。

近年来，人工举升技术取得了很大的进展，但仍没有根本上摆脱耗能高、投资大、杆管偏磨等问题。同时，国内多数油田已经进入开发中后期，稳产形势严峻，机采井数量不断增加，人工举升的作用越来越突出。而且随着资源劣质化程度不断加深，斜井、水平井等复杂井型数量不断增加，油井工况越来越复杂，对举升技术要求越来越高。

因此，发展更加安全环保、可靠、节能、高效的人工举升新技术是采油工程发展的必然趋势，为提高对生产过程中的监测和控制水平，配套的实时监测与诊断技术也必不可少。为在当前低油价的形势下提高人工举升系统效率、降低能耗、提高投资回报率，国内外研究人员做出了一系列的努力，本期「石油圈」将带来其中的三项技术与装备，分别为：贝克休斯TransCoil系列ESP系统、Materion公司ToughMet 3抽油杆联轴器以及Artificial Lift Performance公司Pump Checker人工举升管理系统。

TransCoil系列ESP系统

某些地区由于环境或成本等因素使钻机的应用受到了限制，而这对于需要使用钻机安装的ESP设备无异于釜底抽薪。为此，贝克休斯和沙特阿美公司共同开发了TransCoil系统，该系统无需使用钻机安装、取消了常规的电机-电缆连接方式，提高了ESP设备的适用性和稳定性。

此外，TransCoil系统采用了全新的电缆设计，将作业深度提高到了12000ft。且TransCoil系统在高含H₂S等复杂井况下性能依旧优良，设备的运行周期得到了很大程度的提高。

ToughMet 3抽油杆联轴器

据统计，每年页岩地层斜井的人工举升故障耗费的运行成本高达数亿美元，而其中几乎一半的故障与油管或抽油杆联轴器有关。为降低抽油杆联轴器的损坏速度，Materion和Hess公司合作开发了新型ToughMet 3抽油杆联轴器。

该联轴器由独特的锡-铜-镍亚稳合金锻造而成，能够有效抵抗机械磨损、螺纹损坏以及腐蚀、侵蚀等问题，即使在高温环境下也能保持其优异的性能，能够最大程度地减少修井次数。实验研究表明，ToughMet 3抽油杆联轴器显著减少了油管失效现象，使得每口井每年能够减少10万美元左右的修井费用。

Pump Checker人工举升管理系统

ESP是一种常见的人工举升设备，目前市场上存在很多ESP厂商，也就存在着多种ESP操作系统，而且不同监测系统的显示界面各不相同，监测人员需要监测多个不同的界面，工作量可想而知。如果一个油田有多口ESP井，不同的监测系统难免会造成生产混乱，甚至会造成严重的问题。

为方便工作人员管理人工举升作业、简化工作流程、提高作业效率，Pump Checker系统应运而生。Pump Checker系统将所有数据集成到了一块显示器上，能够自动识别ESP设备问题、预测设备故障，并可基于生产数据提高生产潜能、进行前瞻性管理。

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