[01048421]低渗油气田和煤层气丛式井联动排采技术开发与应用

排采设备是石油人工举升与天然气(主要是煤层气)排水采气的主要机械设备，直接影响其开发利用和效能；鄂尔多斯盆地油气储量丰富，以低渗、低压、低产、难开发而著称，全面采用丛式井开发以来，油气产量呈现出强劲的增长势头；而丛式井依然采用多台单井抽油机并列在一起分别抽油的丛林式油井开采区，单机单井开采模式由于平衡载荷与悬点载荷属非一致性载荷运动规律导致抽油机曲柄轴净扭矩波动大，存在设备投资大、系统效率低、电耗高等缺点；钢制抽油杆受制造条件所限，单根长度不超过10m，通过螺纹连接决定了变径和接箍的必然存在，粘扣、杆管偏磨甚至断脱问题严重，其失效所引发的事故约占油气井总事故60%以上。西安石油大学与陕西中新石油设备制造有限公司长期致力于丛式井联动排采技术开发，将机构学、固体力学、摩擦学、优化设计理论、测控技术有机结合在一起，将曲柄轴净扭矩波动、系统效率、装机功率、平衡度、设备重量、能量消耗等作为控制目标，通过开展抽油机小波动载荷的作用机理研究，提出净载荷趋近于均匀形态可最大限度降低电动机轴功率、提高电动机和抽油机运行效率、降低抽油机能耗。首次提出了“单机多采”、“多态互平衡”的开发模式和“交变载荷多相位动平衡”、“非平衡重中心对称输出”设计思路，将多井间无效抽油杆柱载荷通过滑轮组和柔绳组合的柔性动力传递系统实现互为平衡重，开发出“一套动力系统拖动相邻的多口井同时工作”为代表的低渗油气田和煤层气丛式井多井联动排采技术。基于捻制原理采用70～95高碳低合金钢冷拔钢丝研制出低渗油气田和煤层气丛式井专用Ф8、Ф11、Ф12、Ф15四种规格K1×24结构压实股柔性钢丝绳抽油杆，克服了钢性抽油杆接箍多、易磨损脱扣、作业时间较长等缺点，有效降低了悬点载荷、杆管偏磨几率和系统能量消耗。针对丛式井特点和现场应用需要，通过驱动装置和井架撬装式基座、抗倾覆混凝土安装基础、安全控制装置、井架旋转让位机构、滑块式牵引柔绳机构、各种滑轮及柔绳接头等工具的研制，完善了低渗油气田和煤层气丛式井多井联动排采配套工艺技术。搭建了国内首个丛式井多井联动排采技术室内性能测试井场，可满足冲程0.6～2.1m、冲次0.5～6次，6口Ⅱ-Ⅵ型井的样机测试及出厂检验。先后以柔性连杆机构和对心式曲柄滑块四杆机构为代表研制出4套丛式井联动排采设备，并进行了室内测试和现场应用试验，与常规Ⅲ型游梁式抽油机相比，重量降低50%以上，节能74%以上。