!新产品开发#3电加热柔性连续抽油杆的研究与应用刘姣徐兴平(中国石油大学(华东)机电工程学院)摘要介绍了一种将柔性抽油杆和加热电缆合为一体的新型抽油杆———电加热柔性连续抽油杆。着重介绍了电加热柔性连续抽油杆的结构、特点和优越性。与D级抽油杆及传统的电热杆相比,电加热柔性连续抽油杆具有更好的力学性能。现场应用情况表明,该种抽油杆在深井稠油的开采中能取得比传统装置更高的经济效益,具有广阔的发展前景。关键词电加热柔性连续抽油杆性能结构优越性应用引言技术分析传统电加热抽油杆[1]的加热电缆都是装在空心抽油杆中下入井内的。常用电缆的外套为非金属绝缘材料,强度低,容易磨损;而空心抽油杆每根长度一般为8m,杆与杆的连接采用直径较大的接箍,起下作业烦琐,工人劳动强度大。在现场应用中出现了不少空心杆断脱、加热电缆烧毁磨断等问题随着油田的不断开采,地层能量下降,动液面降低,为了保持稳定的开采产量,就必须加深泵挂,从常规杆下入深度1800m加深至2500m时,钢质抽油杆就难以满足要求[2]。因此,迫切需要研制和开发一种适合深井稠油开采的抽油杆。柔性连续抽油杆由于没有接箍,可以避免常规钢质抽油杆的断脱事故和活塞效应(不包括加重杆),而且它可减少或基本上消除钢质抽油杆和油管摩擦、磨损而引起的事故,更易实现超冲程和低冲次的抽汲方式,在中深井、深井和超深井以及中小产量低渗井的开采中优势显著[3],相对传统的1.结构电加热柔性连续抽油杆结构见图1。它是以全铠加热电缆为中心层,与高强度钢丝绳捻制而成一体其电热元件选用PTC电阻合金材料,利用其恒流、恒温及限流之特性,保证原油出口温度≥45℃。外层钢丝绳捻向与整体结构的捻向相反,当受到拉伸或压缩后不会产生旋转,即各层钢丝旋转力矩代数和为零。图1电加热柔性连续抽油杆结构示意图1—(1Cr18Ni9T)ø10mm×110mm全铠加热电缆护套;2—ø118mm高强度镀锌钢丝;3—耐高温绝缘材料(≥300℃);4—ø510mm线心(发热体)PTC电阻合金2.力学性能(1)柔性连续抽油杆主要技术指标整体抗拉载荷≥47017kN;破断拉力≥510kN;拐弯半径≤250mm;弹性模量≥116×105MPa;疲劳寿命>1×107次;结构伸长率<0101%;线密度217kg/m。刚性组合式抽油杆具有许多优点,油装备的发展方向[4]。是目前国内外石2005年,由石油大学石油研究所、北京鼎域特种电缆有限责任公司共同开发研制的电加热柔性连续抽油杆,将加热电缆和柔性连续抽油杆结合在一起,综合双方的优点,在辽河油田的现场应用情况初步显示了其在深井稠油开采中的独特优势。32005年山东省重大科技攻关项目“特殊油层提高原油采收率关键化学品制备及配套装备研究”,编号:2005GG2107002。—42—石油机械2006年第34卷第8期(2)电加热柔性连续抽油杆与空心抽油杆及一般柔性抽油杆力学性能对比电加热抽油杆的力学性能与一般柔性抽油杆相当,具有比D级抽油杆较好的力学性能,其抗拉性能和破断拉力均高于D级抽油杆。弹性模量为D级抽油杆的7418%,单位长度质量较轻。而且目前空心杆的抗拉强度为750～860MPa,质量还无法达到厂家所谓的“外径<36mm,内径<24mm,可与D级杆的质量相当”的水平[2]。电加热柔性连续抽油杆与D级抽油杆和一般柔性抽油杆(直径分别为:1911,2212,2514mm)性能比较见表1。表1力学性能对比摩擦与磨损大为减轻,总能耗减少,节约电能。(6)由于是电加热抽油杆,对杆柱进行加热≥90℃,能自动调节至井口原油温度≥45℃,降低原油的粘稠度,从而提高抽油机的效率。(7)柔性连续抽油杆横截面小,没有接箍、自重轻降低了地面设备的载荷,因而可使抽油机型号降低1～2个规格,既节省电能又减少设备投资。(8)耐腐蚀性强,延长检泵周期。现场应用及效果电加热柔性连续抽油杆已在辽河油田的十多口油井中应用1年多,均未发生断脱以及结蜡引起的各种事故,抽油杆的失效频率降低,同时节省了电能,提高了泵效。在深井稠油的开采中,一般钢质抽油杆的使用寿命为1a左右,而到目前为止,电加热柔性连续线密度/抽油杆种类抗拉强度/MPa破断拉力/kN弹性模量/MPa结构伸长率/%(kg·m-1)270,367,481329,410,5102143,3131,41322117,2181,3165D级抽油杆5>01019502114×10柔性连续抽油杆5<010114701160×10抽油杆已在辽河油田使用115...