实心抽油杆无油管采油技术探讨

实心抽油杆无油管采油技术探讨CONTENTS目录01采油技术概述与发展趋势02实心抽油杆无油管采油技术基本理论03技术优势与创新点分析04技术应用限制与适应性分析CONTENTS目录05系统设计与关键技术探讨06现场应用案例与效果评估07技术发展趋势与未来展望08结论与建议01采油技术概述与发展趋势传统采油技术现状与挑战常规有杆采油技术的主要构成传统有杆采油技术通常采用油管和抽油杆作为配套管柱，抽油杆作为提升工具，油管作为采油通道，是目前应用广泛的采油方式。传统采油技术的成本问题常规有杆采油方式中，油管和抽油杆的耗材量大，导致作业成本较高，同时油管和抽油杆之间的摩擦还会降低泵效。传统采油技术面临的效率瓶颈在常规开采中，普遍存在效率低的现象，且油管漏等问题时有发生，影响采油作业的正常进行，缩短作业的生产周期。复杂井况下的适应性不足对于井身弯曲的油井，传统有杆采油易导致泵身磨损；在含砂率较高的油井中，常出现卡塞及气锁问题，运行可靠性受限。无油管采油技术的兴起与优势技术兴起背景针对常规有杆抽油方式中油管和抽油杆配套使用导致耗材多、泵效低、管杆偏磨等问题，无油管采油技术作为低成本、高效益的新型采油技术应运而生，成为油田开采的新方向。显著成本优势该技术省略了油管投入，直接降低了材料成本；同时减少了因油管和抽油杆磨擦造成的能量损耗及维护费用，综合提升了采油经济效益。泵效提升表现通过取消油管，减少了流动阻力及冲程损失，现场应用试验显示平均泵效可提高25%以上，有效改善了采油效率。作业效率改善省去油管续接等工序，缩短了作业生产周期，简化了施工流程，同时降低了对工艺泵下入深度的限制，增强了现场作业的灵活性。实心抽油杆技术在无油管采油中的应用价值

01降低设备成本，简化管柱结构省去传统油管投入，减少材料消耗，直接降低设备购置成本；以套管作为采油通道，简化了井筒管柱结构，减少了管柱连接和维护环节。

02提升系统效率，降低能耗损失液体在套管内流动，阻力相对减小，降低抽油机承载力，有助于实现节能；避免了油管与抽油杆之间的摩擦，减少了能量损耗，间接提高了泵效，部分应用案例中平均泵效提高25%以上。

03增强杆柱稳定性，改善作业条件实心抽油杆的应用配合合理的杆柱优化设计（如添加加重抽油杆），可增强杆柱抗失稳能力，减少弯曲和偏磨风险；简化了下泵工艺，对泵下入深度的限制相对降低，适应一定范围的油井条件。

04负压采油功能，助力生产管理系统可实现采出液与油层的有效分离，具备负压采油功能，有助于提高采收率；减少了因油管泄漏等问题导致的作业干扰，缩短了生产周期，降低了人力投入和管理成本。02实心抽油杆无油管采油技术基本理论系统结构组成与工作原理

核心结构组成主要由油层套管、实心抽油杆、抽油泵（泵筒直接悬挂于套管上）、悬挂封隔系统、卡定密封系统、扶正减震系统、打捞系统及三防配套系统（防气、防砂、防蜡）等组成。

悬挂封隔系统功能采用双向卡定三级锁块二级索瓦结构，液压驱动卡瓦伸出实现双向卡定，压缩密封件保持良好密封性能，承受上下压差，分隔套管采出液与油层，保障泵运行稳定。

卡定密封与扶正减震系统作用卡定密封系统单向卡定密封，确保抽油泵正常运行及密封防短路；扶正减震系统通过液压阻尼、蝶簧减震及扶正块扶正，保证下泵时装置居中，减轻振动对密封的影响。

工作原理概述利用实心抽油杆传递动力，驱动井下抽油泵柱塞往复运动，抽油泵筒悬挂于油层套管，省去油管，原油通过套管与抽油杆环形空间或特定通道举升至地面，实现无油管采油。关键配套系统功能解析

悬挂封隔系统：悬挂与密封核心采用双向卡定三级锁块二级索瓦结构，液压驱动卡瓦双向卡定套管，压缩密封件实现良好密封，承受上下压差，分隔套管采出液与油层，保障泵运行稳定性。

卡定密封系统：出液保障关键与悬挂封隔系统连接，通过单向卡定确保密封性能，防止循环短路，为抽油泵正常运行提供稳定的卡定与密封环境，是无油管采油装置正常出液的基础。

扶正减震系统：居中与减震双重作用通过扶正块确保下泵时卡定密封装置居中，采用液压阻尼和蝶簧实现减震，减轻抽油过程中设备振动对密封性能的影响，维持系统部件的稳定工作状态。

打捞系统：分区域故障处理包含套管内抽油杆及接箍打捞、抽油泵打捞、卡定密封系统打捞等模块，针对不同打捞对象选择专用工具，解决井下部件故障时的修复与回收问题。

三防配套系统：预防性保护措施防气设备采用防气泵促进排气；防砂设备通过多层过滤和旋流分离实现；防蜡依靠配套杆式防蜡器，分别针对气、砂、蜡问题提供预防性解决方案，提升系统可靠性。实心抽油杆与空心抽油杆技术特性对比结构与材料特性差异

实心抽油杆采用30CrMoA钢等材质，为实心圆柱体结构，执行API11B和SY/T5029-2013标准；空心抽油杆中心为通孔设计，材质同样多为高强度合金钢，其临界压载和抗弯模量通常是实心杆的3倍以上。功能与应用场景区别

实心抽油杆主要承担动力传递功能，适用于常规油井；空心抽油杆除传递动力外，还可兼作出油流道，适用于高液量、低含蜡、泵挂浅的油井，且可配套电加热系统等。力学性能与井况适应性

实心抽油杆在承受轴向载荷方面表现稳定，但在大斜度井、水平井中易发生偏磨；空心抽油杆因刚度提升，抗失稳能力更强，在防偏磨方面更具优势，但在稠油、高含蜡井中应用受限。成本与效率对比

实心抽油杆成本相对较低，但需配合油管使用，整体工艺成本较高；空心抽油杆省去油管，可降低设备成本，且能减少液体流动阻力，提高泵效，如某应用案例中平均泵效提高25%以上。03技术优势与创新点分析降本增效：材料与作业成本优化

材料成本：省去油管投入，降低设备费用无油管采油技术省略了传统有杆采油方式中油管的投入，直接以空心抽油杆或实心抽油杆兼作出油通道，显著减少了钢材等材料消耗，降低了管柱采购成本。

作业效率：缩短生产周期，减少维护工作量该技术简化了管柱结构，减少了井下工具数量，从而缩短了作业生产周期。同时，省去油管后，避免了油管与抽油杆之间的偏磨问题，降低了维护保养的工作量和费用。

能耗优化：降低抽油机负载，实现节能降耗液体在套管内流动，相比传统油管流动阻力更小，降低了抽油机的承载力，有助于减少能量损失。相关应用案例显示，与传统有杆采油相比，无油管采油技术可节电22.76%~45.37%。

泵效提升：减少冲程损失，提高采油效率空心杆抽油相对于传统采油方式冲程损失小，通过现场应用试验，平均泵效提高25%以上，在高液量、低含蜡、泵挂浅的油井中效果尤为明显，直接促进了产量的增加和成本的摊薄。泵效提升：杆柱稳定性与抗失稳能力增强

杆柱稳定性增强对泵效的直接贡献杆柱稳定性提升可有效减少因弯曲、偏磨导致的冲程损失，降低泵筒与柱塞配合间隙异常，从而直接提高抽油泵的充满系数和排液效率。

空心抽油杆的力学性能优势空心抽油杆的临界压载和抗弯模量均是实心杆的3倍以上，大大增加了杆柱抗失稳能力，减少了下部抽油杆受压弯曲现象，降低了与套管的偏磨风险。

加重抽油杆的应用与效果在下部抽油杆中添加一定数量的加重抽油杆，可有效克服下行阻力，避免杆柱受压失稳弯曲，减少偏磨，延长杆柱系统使用寿命，保障泵效稳定。

扶正器的科学设计与偏磨控制针对实心杆采油系统中油管和油杆距离大、易偏磨的问题，科学设计的扶正器能使抽油杆居中，减少偏磨，降低设备损坏率，间接提升泵效和油井采油量。防偏磨技术创新：扶正器设计与应用偏磨成因：杆柱受力与结构差异实心抽油杆下行时下部受压易弯曲，与套管壁接触产生偏磨；实心杆采油系统中油管和油杆距离远大于传统有杆泵采油系统，更易产生偏磨。设计目标：居中稳定与磨损控制科学合理的扶正器设计旨在使抽油杆在套管内保持居中位置，减少与套管内壁的直接接触，从而降低偏磨现象的发生频率，提高油井采油效率并延长设备使用寿命。技术优势：提升效率与降低成本通过优化扶正器的结构和布局，能有效减少抽油杆和套管的偏磨，降低油井损坏和磨损的风险，减少维护成本，同时使油井的采油量增加，实现更加高效的采油作业。环保安全：能耗降低与作业风险控制01能耗降低：系统优化与节能效益实心抽油杆无油管采油技术省去油管，减少液体流动阻力，降低抽油机承载力，实现节能。中原油田应用非金属连续复合敷缆管配套潜油电泵技术等无杆采油技术，相较传统有杆采油系统节电22.76%~45.37%。02作业风险控制：设备简化与事故预防该技术简化采油系统，减少井下设备数量，降低管杆偏磨、油管漏失等故障风险。通过采用悬挂封隔系统、扶正减震系统等，确保抽油泵稳定运行，减少因设备故障引发的作业风险，提高生产安全性。03环保优势：减少污染与绿色生产无油管设计减少钢材消耗，降低设备制造过程中的资源消耗和环境污染。同时，避免了传统采油中因油管腐蚀、结垢等问题可能导致的原油泄漏风险，有利于实现绿色采油，符合可持续发展要求。04技术应用限制与适应性分析稠油井应用局限性及应对思路

稠油井应用局限性在开采稠油过程中，若温度过低，无油管采油技术易使抽油杆上部出现类似肠子状的现象，故该技术不适合用于温度低、稠度较高的油井。

含蜡高油井应用局限性无油管采油技术在开采含蜡高的原油时，蜡容易结晶导致油泵堵塞，降低抽油效率，仅在温度较高时能缓解此现象。

抽油机冲次限制实践表明，无油管采油技术的抽油机冲次过高易导致杆柱二次托扣，因高冲次形成的下行速度会加大杆柱频繁弯曲，一般冲次最好不超过6次。

应对思路探讨针对稠油井和含蜡高油井的局限性，可考虑结合加热技术提高井筒温度，或研发适用于高稠度、高含蜡原油的特种抽油杆及配套防蜡装置，同时严格控制抽油机冲次在合理范围。高含蜡油井的工艺挑战与解决方向

蜡结晶堵塞的机理与危害在开采含蜡高的原油时，蜡易在井筒及设备表面结晶析出，导致抽油泵堵塞、抽油杆运动阻力增大，显著降低抽油效率，影响油井正常生产。

现有技术的局限性分析常规无油管采油技术在温度较低的高含蜡油井中，防蜡效果有限，难以有效抑制蜡结晶的形成与生长，无法从根本上解决堵塞问题。

配套杆式防蜡器的应用方向针对防蜡需求，可依靠配套杆式防蜡器等专用装置，通过物理或化学方式抑制蜡晶析出与沉积，减少蜡堵风险，是当前重要的解决方向之一。

井筒温度场优化的探索思路研究表明，提高井筒环境温度可缓解蜡结晶现象。未来可探索如空心抽油杆电加热等技术，优化井筒温度场，改善高含蜡油井的开采条件。抽油机冲次优化：运行参数限制与调整策略

冲次过高的技术风险抽油机冲次过高易导致杆柱二次托扣，因下行速度加大使杆柱频繁弯曲，增加疲劳损坏风险。

推荐冲次运行区间实践表明，实心抽油杆无油管采油技术中，抽油机冲次一般不宜超过6次/分钟，以保障杆柱稳定性。

冲次调整的核心原则需结合油井液量、原油粘度及杆柱受力状况动态调整，优先满足泵效最大化与杆柱安全的平衡。

低冲次下的增效措施在冲次受限场景下，可通过优化扶正器布局、选用加重抽油杆等方式，减少偏磨并提升系统效率。油井动态参数对技术适用性的影响原油粘度与稠油适应性该技术不适合用于温度低、稠度较高的油井，在开采稠油过程中，若温度过低，抽油杆上部易出现类似肠状的现象。含蜡量与结蜡风险对于含蜡高的油井，蜡易结晶导致油泵堵塞，降低抽油效率，仅在温度较高时可缓解此现象，故该技术不适用含蜡高的油井。抽油机冲次限制抽油机冲次过高易导致杆柱二次托扣，因高冲次形成的下行速度会加大杆柱频繁弯曲，一般冲次最好不超过6次。动液面高度与系统设计设计需先测量油井动液面高度，依据井底原油流动压力及实际生产数据，计算实心杆采油系统产量、井顶和井底流动压力，进而确定动液面高度以保障采油效果。05系统设计与关键技术探讨油井动态参数测量与分析方法动液面高度测量动液面高度是油井动态分析的关键参数，通过测量可获取井底原油流动压力，结合实际生产数据计算原油流动状态，为采油系统产量预测提供基础。抽油杆载荷计算与受力分析需精确计算抽油杆承受的交变载荷，分析曲率、井斜角等因素对杆柱受力的影响，建立符合定向井结构的受力模型，确保杆柱强度满足生产要求。杆柱稳定性与临界压载评估针对实心抽油杆在下行过程中可能出现的弯曲失稳问题，通过计算临界压载和抗弯模量，评估杆柱抗失稳能力，必要时采用加重抽油杆或扶正器优化设计。生产动态与泵效关联分析结合油井产量、井口与井底流动压力等参数，分析实心杆采油系统的泵效影响因素，通过优化杆柱组合、扶正器布局等措施提升采油效率。杆柱载荷计算与受力模型构建

油井动态参数测量设计需先测量油井动液面高度，通过实际生产数据获取井底原油流动压力，结合流动状态计算实心杆采油系统产量及井顶、井底流动压力，进而确定动液面高度。

抽油杆载荷计算对抽油杆进行受力分析，考虑曲率、定向井井斜角等影响因素，依据虎克定律计算静载变形量，对于多级组合杆柱需分别计算各段应变与应力，确保杆柱强度满足工作要求。

杆柱受力模型建立针对实心杆采油技术中抽油杆下行受压弯曲问题，结合下部杆柱机械强度特性，建立考虑轴向压力、弯曲应力的受力模型，为优化杆柱结构提供理论依据。

临界压载与抗弯模量分析空心杆临界压载和抗弯模量是实心杆的3倍以上，可通过计算优化杆柱组合；实心杆需通过合理设计避免弯曲接触套管壁，降低偏磨风险，提升系统使用寿命。采油杆柱系统结构优化设计传统杆柱结构的局限性分析传统采油杆柱系统多采用倒金字塔结构，下部杆具尺寸较小，机械强度相对较差。在实心杆采油技术中，抽油杆向下作用时，下部抽油杆易受压力产生弯曲，接触套管壁导致偏磨，降低采油效率和杆柱系统使用寿命。加重抽油杆的应用与优化针对下部抽油杆弯曲问题，通过在下部抽油杆中添加一定数量的加重抽油杆，可有效提高杆柱的刚性和稳定性，避免弯曲现象的发生，从而减少抽油杆与套管的偏磨，延长杆柱系统的使用寿命。扶正器的科学设计与布局由于实心杆采油系统中油管和油杆的距离远大于传统有杆泵采油系统，更易产生偏磨。科学合理设计扶正器，使其能有效使抽油杆居中，减少偏磨现象。合理布局扶正器的数量和位置，可进一步提高其防偏磨效果，增加采油量，提升采油效率。杆柱载荷与受力模型计算在杆柱设计中，需精确计算抽油杆的载荷，进行定向抽油杆的受力分析，考虑曲率、定向井井斜角等影响因素。依据具体定向井结构建立受力模型，以得到准确的抽油杆载荷数据，为杆柱结构的优化设计提供理论支持，确保杆柱在工作中的强度和稳定性。扶正器科学设计与布局方案扶正器设计核心目标针对实心抽油杆无油管采油系统中油管与油杆距离远、易偏磨的问题，通过科学设计扶正器，使抽油杆居中，减少偏磨，提高采油效率，降低设备损坏和维护成本。扶正器结构设计要点需综合考虑材料强度、耐磨性及与套管内壁的适配性，确保在抽油杆运动过程中能有效发挥扶正作用，同时避免对套管造成额外磨损。扶正器布局优化原则根据油井井身结构、抽油杆柱受力情况及运动规律，合理确定扶正器的间距和安装位置，通常在下部抽油杆易弯曲段及关键受力点增加扶正器数量，以最大化防偏磨效果。06现场应用案例与效果评估大港油田无油管采油技术试验成果

试验背景与目标为探索"降成本、增效益"的低成本采油技术，大港油田于2000年开展了无油管采油技术试验，旨在解决常规有杆采油成本高、泵效低、管杆偏磨等问题。

管柱改进与新工具开发试验中对无油管采油装置的管柱进行了改进，并开发了新型悬挂器等关键工具。新型装置以空心抽油杆代替实心抽油杆工作并兼作出油流道，通过悬挂器将整筒抽油泵固定在套管壁上，提高了抽油泵工作稳定性，有效解决了泵砂埋或泵下移问题。

优化设计技术研究形成了一套新的配套技术，包括针对防气、防砂、防蜡的三防配套系统，以及打捞系统等。通过优化设计，提升了无油管采油系统的整体性能和适应性。

试验应用效果现场试验表明，无油管采油技术在大港油田应用取得了显著效果，与传统有杆采油方式相比，有效提高了泵效，降低了作业成本，缩短了生产周期，为油田开发提供了新的技术途径。濮城油田先导性试验井应用分析

试验井基本情况中原濮城油田引进试用无油管采油技术，共进行了5口抽油井的先导性试验，旨在验证该技术在实际油井条件下的适用性与有效性。

试验主要改进与配套技术针对国内常用无油管采油装置易造成泵砂埋或泵下移的问题，试验中可能涉及管柱改进、新工具开发及优化设计技术研究，以形成适合该油田的配套技术。

试验应用效果参考类似技术应用效果，无油管采油技术通过空心杆代替实心杆带泵工作并兼作出油流道，平均泵效可提高25%以上，在濮城油田的先导性试验中取得了明显的增产降耗效果。新型无油管采油装置现场应用效果

01泵效提升显著通过3口抽油井的应用试验，平均泵效提高25%以上，均取得明显效果。

02成本有效降低该技术省去了原有的油管设备，可大大降低设备成本，同时液体在套管内流动，降低了抽油机的承载力，起到节能作用。

03偏磨问题改善空心杆的临界压载和抗弯模量均是实心杆的3倍以上，且省去油管后空心杆和套管内壁的径向间隙增大，是解决油井偏磨问题的有效途径之一。

04生产效率提高能够提高效率，缩短作业的生产周期，如大港油田、中原濮城油田等通过试验应用，验证了其在提高生产效率方面的作用。应用案例对比：效率与经济性提升数据大港油田新型无油管采油装置试验大港油田研制的新型无油管采油装置以空心抽油杆代替实心抽油杆工作并兼作出油流道，通过新型悬挂器将整筒抽油泵固定在套管壁上。现场使用表明，该装置提高了抽油泵工作稳定性，有效解决了泵砂埋或泵下移问题。中原濮城油田先导性试验中原濮城油田引进试用无油管采油技术，通过5口抽油井的先导性试验，有效提高了采油效率，缩短了作业生产周期，验证了该技术在特定油井条件下的适用性和优越性。空心杆无油管采油泵效提升案例某油田3口抽油井应用空心杆无油管采油技术，平均泵效提高25%以上。该技术靠卡瓦把泵悬挂在套管节箍上，油从空心杆内流出，适用于高液量、低含蜡、泵挂浅的油井，取得明显效果。07技术发展趋势与未来展望智能化技术在无油管采油中的融合应用

井下参数实时监测系统通过内嵌传感器的非金属连续复合敷缆管，实现井下温度、压力、动液面等数据的实时采集与传输，为生产动态分析提供数据支撑，如中原油田文72-180井通过该技术实现日产液量86.7方。

智能工况诊断与预警基于大数据分析技术，对采集的实时数据进行智能诊断，识别抽油杆偏磨、泵效下降等潜在故障，提前预警并辅助制定维护策略，降低停机检修频率。

自适应抽油参数优化结合油藏供液能力与生产动态，通过人工智能算法自动调整抽油机冲次、冲程等参数，避免传统抽油机“空抽”问题，提高采油效率，相比传统有杆采油可节电22.76%~45.37%。

远程智能控制与管理利用物联网技术构建远程监控平台，实现无油管采油井的启停、参数调节等远程操作，减少现场人工干预，适应海上油田、大斜度井等复杂环境下的智能化管理需求。高效化与低碳化发展方向

智能化升级路径引入物联网、大数据及人工智能技术，实现生产参数实时监测与智能调控，优化举升效率，降低无效能耗，推动采油过程向数字化、无人化转型。

结构材料创新方向研发高强度、耐腐蚀新型复合材料替代传统钢材，减轻杆柱重量并提升抗偏磨能力，同时探索非金属连续复合管等节能管材在系统中的集成应用。

节能工艺优化策略推广液力反馈技术增强下行动力，优化扶正器布局减少摩擦损耗，结合井下智能诊断系统避免空抽现象，实现系统能耗降低20%以上。

环保技术融合发展集成防蜡、防砂、防气一体化环保装置，减少化学药剂使用，探索伴生气回收利用技术，推动采油过程向绿色低碳模式转变，符合可持续发展要求。复杂井型适应性拓展研究斜直井与水平井应用可行性

针对斜直井、水平井等复杂井型，需优化实心抽油杆柱的抗弯强度与扶正器布局，通过增加加重抽油杆及科学设计扶正器间距，减少杆柱弯曲与套管偏磨风险，提升系统在井眼轨迹变化下的稳定性。稠油井与高含蜡井技术改进

针对稠油井低温条件下抽油杆上部易出现"肠状"弯曲现象，研究配套加热装置或井筒保温技术；对于高含蜡井，开发高效杆式防蜡器，结合定期热洗工艺，缓解蜡结晶导致的泵筒堵塞问题，拓展技术适用范围。深井与超深井举升能力提升

通过优化杆柱组合设计，采用高强度实心抽油杆材料（如30CrMoA钢），结合液力反馈原理增加下行动力，解决深井杆柱失稳问题；同时研究降低套管内流体流动阻力的工艺措施，提升深井举升效率。特殊井况下的工具配套研发

针对含砂井开发多层过滤与旋流分离防砂设备，针对气影响井应用防气泵结构促进排气，结合卡定密封系统与悬挂装置的改进，形成适应不同复杂井况的"三防"配套技术体系，保障生产连续性。材料创新与工艺改进展望

高强度复合材