西江油田高溫大排量電泵設(shè)計(jì)改進(jìn)及優(yōu)化管理技術(shù)

杜河泉，徐應(yīng)波，陳 瑜

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

隨著電潛泵排量的逐漸升高，油藏出砂越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)由于油藏溫度較高，生產(chǎn)井檢泵周期短的問(wèn)題越來(lái)越突出。為了解決這一矛盾，管理層提出了“高溫大排量電泵設(shè)計(jì)改進(jìn)及管理優(yōu)化”的技術(shù)攻關(guān)，以期提高電潛泵壽命。

1 背景及挑戰(zhàn)

西江油田包括西江24－3和西江30－2兩個(gè)油田，位于中國(guó)南海海域，是中海石油與美國(guó)Phillips石油公司共同合作于1994年開(kāi)發(fā)投產(chǎn)的。按照雙方合同協(xié)議，合作期到2010年底結(jié)束。由于長(zhǎng)期高速開(kāi)采使油層大量出砂從而造成對(duì)電潛泵運(yùn)行壽命的嚴(yán)重影響。

在西江油田開(kāi)發(fā)早期，完井方式主要為礫石充填，其主要優(yōu)點(diǎn)是防砂性能好，有利于電潛泵運(yùn)行，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)壓差損失大，生產(chǎn)指數(shù)小，不利于下大排量電潛泵生產(chǎn)。在此時(shí)期電潛泵排量都很小，一般為4200～8400桶／日。但由于海上生產(chǎn)的特殊性，尤其是油田生產(chǎn)到了中后期，太低的液量生產(chǎn)也不切實(shí)際。為了加快西江油田開(kāi)發(fā)速度，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益，有必要而且必需提高單井排量。另一方面，隨著西江油田的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，含水率上升，產(chǎn)油率下降，為了穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和提高采收率，也有必要提高單井排量。為實(shí)現(xiàn)這一目的，必需改變?cè)缙诘耐昃绞健Ｒ虼嗽谖鹘吞镩_(kāi)發(fā)的中后期，完井方式主要為篩管防砂和套／尾管射孔，其主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)壓差損失小，生產(chǎn)指數(shù)大，有利于下大排量電潛泵生產(chǎn)。其主要缺點(diǎn)是防砂性能不如礫石充填，使電潛泵運(yùn)行壽命縮短。因此在西江油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的中后期，所下電潛泵的排量越來(lái)越大，單泵排量從1300 m3／d大規(guī)模提升至2450 m3／d和3200 m3／d，最大提升至4300 m3／d。

隨著西江油田舉升液量的大幅提升，生產(chǎn)條件變得更為惡化，由于高排量帶來(lái)的高流速，因此造成生產(chǎn)井出砂嚴(yán)重，電潛泵、生產(chǎn)管串和套管沖蝕嚴(yán)重，同時(shí)高流速和砂的共同作用使得沖蝕加劇。另一方面，隨著西江油田的生產(chǎn)進(jìn)入中后期，生產(chǎn)井含水率急速上升，腐蝕問(wèn)題日益凸現(xiàn)并隨著舉升液量的提升而加劇。所有這一切為西江油田的電潛泵管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。為此，西江油田在電潛泵管理方面勇于探索、大膽嘗試，為電潛泵在諸如高井溫、出砂嚴(yán)重、高含水率、高排量及含腐蝕性二氧化碳?xì)怏w等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用開(kāi)辟了一條新的路徑，積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他油田的電潛泵應(yīng)用具有一定借鑒作用。

2 工作思路

面對(duì)這種挑戰(zhàn)，西江油田既無(wú)國(guó)內(nèi)成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，也無(wú)國(guó)外大排量泵應(yīng)用的實(shí)例可供參考，唯有通過(guò)全面分析西江油田電潛泵故障和電潛泵的運(yùn)行工況，找出電潛泵失效的根本原因，探索出一條自己的有效的解決之道。經(jīng)過(guò)艱苦卓絕的不懈努力，西江油田探索出一條有效的“加強(qiáng)管理，雙手齊抓”的電潛泵管理方針。

加強(qiáng)管理就是在上級(jí)管理層的重視和大力支持下，加強(qiáng)電潛泵管理團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，組建電潛泵管理團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)一切與電潛泵有關(guān)的工作，消除“多頭管理，無(wú)人管理”的局面。雙手齊抓就是一手抓電潛泵運(yùn)行管理，一手抓電潛泵故障管理，兩項(xiàng)工作齊頭并進(jìn)互相交融地進(jìn)行的電潛泵管理模式。

根據(jù)上述方針，以提高電潛泵壽命為核心，在充分地分析了電潛泵運(yùn)行和故障的基礎(chǔ)上，西江油田制定了下列措施貫徹實(shí)施于每臺(tái)電潛泵從設(shè)計(jì)安裝到壽命終止的各個(gè)環(huán)節(jié)，電潛泵運(yùn)行管理如圖1所示，電潛泵故障管理如圖2所示。

圖1 電潛泵運(yùn)行管理

圖2 電潛泵故障管理

3 實(shí)施措施

3.1 成立電潛泵工程組

由于西江油田管理層深刻認(rèn)識(shí)到電潛泵對(duì)一個(gè)油田的生產(chǎn)管理和成本控制起著相當(dāng)重要的作用以及對(duì)電潛泵管理工作的重視，為了加強(qiáng)電潛泵工作的管理和提升電潛泵的壽命，西江油田管理層決定成立電潛泵工程組，并選撥既具有多年電潛泵現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)和管理經(jīng)驗(yàn)又具有多年其他領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)的人員——因?yàn)殡姖摫檬且粋€(gè)綜合型的涉及到電氣、機(jī)械、流體、油藏、鉆完井等多學(xué)科的系統(tǒng)工程。該電潛泵工作組于2008年1月初組建完畢，電潛泵工程組專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)一切與電潛泵有關(guān)的全面工作，這為電潛泵管理優(yōu)化提升奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.2 實(shí)現(xiàn)電潛泵的啟動(dòng)／關(guān)停最優(yōu)化

對(duì)于延長(zhǎng)電潛泵運(yùn)行壽命來(lái)說(shuō)，電潛泵的啟動(dòng)和關(guān)停扮演著極其重要的角色。它并不象開(kāi)燈、關(guān)燈只需“按一下按鈕”那么簡(jiǎn)單，它需要相關(guān)的人員進(jìn)行緊密合作，共同來(lái)完成一個(gè)成功的電潛泵啟動(dòng)／關(guān)停過(guò)程。為了達(dá)到這個(gè)目的，筆者優(yōu)化／完善了電潛泵的啟動(dòng)／關(guān)停程序，并提供給相關(guān)人員參照?qǐng)?zhí)行。

此外，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)硬啟動(dòng)（直接啟動(dòng)至工頻）對(duì)電潛泵壽命的影響很大。為消除其影響，實(shí)現(xiàn)電潛泵的軟啟動(dòng)，西江油田對(duì)2個(gè)平臺(tái)的電潛泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行改造并增加熱切換設(shè)備：即先通過(guò)變頻器的軟啟動(dòng)將電潛泵啟動(dòng)起來(lái)并逐步調(diào)速至工頻，再通過(guò)熱切換設(shè)備將電潛泵在不停機(jī)的情況下切換到工頻變壓器驅(qū)動(dòng)。和每臺(tái)電潛泵用一臺(tái)變頻器啟動(dòng)／驅(qū)動(dòng)相比，該改造投資省，占地少，效果好，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器啟動(dòng)多臺(tái)電潛泵的功能，這一創(chuàng)新工作管理模式開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)海上油田生產(chǎn)的先例，為海上在生產(chǎn)老油田升級(jí)改造創(chuàng)出了一條新路。

3.3 故障電潛泵解體檢測(cè)和失效根源分析及改進(jìn)

西江油田對(duì)出現(xiàn)故障的電潛泵做了大量有針對(duì)性的解體檢測(cè)及失效根源分析工作，并根據(jù)拆泵得出的結(jié)論、西江生產(chǎn)理念、油藏特征以及油井結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在電潛泵的電氣、機(jī)械及材料方面做了大量的改進(jìn)／升級(jí)工作，收效明顯。

1）電潛泵外殼材料的升級(jí) 電潛泵外殼對(duì)電潛泵的保護(hù)作用不可小視，是保護(hù)電潛泵的第一道防線。一旦外殼穿孔，井液進(jìn)入電潛泵，就會(huì)即刻引起電潛泵故障。通過(guò)電潛泵解體分析，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的電潛泵失效是因?yàn)殡姖摫猛鈿ぴ诟吡魉佟⒏吆木簺_／腐蝕作用下穿孔造成的。為此所有電潛泵的外殼（馬達(dá)、馬達(dá)保護(hù)器、泵）材料都從普通的碳鋼升級(jí)到以鐵酸鹽為主要成分的特種鋼材，效果大為改觀。

2）電潛泵馬達(dá)軸承襯套的升級(jí) 通過(guò)對(duì)燒壞的馬達(dá)進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)軸承襯套磨損嚴(yán)重，從而引起馬達(dá)轉(zhuǎn)子掃膛至馬達(dá)燒壞較多。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)馬達(dá)底部軸承襯套由普通合金升級(jí)為耐磨的碳化鎢，增加馬達(dá)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，從而降低馬達(dá)在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子掃膛的機(jī)率。

3）泵體升級(jí)改造 通過(guò)對(duì)泵體進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)泵的葉輪磨損嚴(yán)重。其中尤以徑向磨損危害最大，當(dāng)井液中的砂子進(jìn)入葉輪與泵軸間的間隙后，這種徑向磨損會(huì)加劇，并引起葉輪工作不平衡和強(qiáng)烈振動(dòng)，從而導(dǎo)致葉輪過(guò)早損壞。針對(duì)徑向磨損的問(wèn)題，研究后提出了升級(jí)方案：每?jī)杉?jí)葉輪增加一個(gè)抗磨模塊，后來(lái)又由每?jī)杉?jí)改為每級(jí)葉輪增設(shè)一個(gè)抗磨模塊，以延長(zhǎng)泵的壽命。針對(duì)上下止推磨損，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)管理和日常電潛泵工作狀況／產(chǎn)量?jī)?yōu)化來(lái)防止。采取這些措施后，泵的磨損狀況得到大幅改善。

4）馬達(dá)保護(hù)器的改造 通過(guò)對(duì)失效馬達(dá)保護(hù)器和馬達(dá)的解體分析后發(fā)現(xiàn)，馬達(dá)燒壞是因?yàn)轳R達(dá)保護(hù)器的失效而引起。其根本原因是馬達(dá)保護(hù)器內(nèi)的膠囊破裂，從而使井液進(jìn)入膠囊然后進(jìn)入馬達(dá)，導(dǎo)致馬達(dá)絕緣油絕緣性能下降、馬達(dá)燒毀。馬達(dá)保護(hù)器的作用之一就是保持馬達(dá)內(nèi)部壓力與井筒間的壓力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)膠囊過(guò)度膨脹后，其危害之一是致使膠囊破裂，導(dǎo)致井液進(jìn)入馬達(dá)；其危害之二是堵塞馬達(dá)保護(hù)器交流孔，從而破壞馬達(dá)內(nèi)部與井筒間的壓力平衡。

對(duì)此，改進(jìn)措施是在馬達(dá)保護(hù)器的膠囊前端部安裝一塊圓型金屬板（見(jiàn)圖3），既能防止交流孔被堵，又能防止膠囊過(guò)度膨脹。該方案在美國(guó)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試并確認(rèn)有效后，已經(jīng)應(yīng)用在深錘公司馬達(dá)保護(hù)器中，對(duì)延長(zhǎng)電潛泵壽命有非常大的幫助。

圖3 馬達(dá)前端安裝一塊金屬板

3.4 對(duì)電潛泵供應(yīng)商引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制

從1994年開(kāi)始，西江油田使用的電潛泵，都是深錘公司一家的電潛泵。為了延長(zhǎng)電潛泵壽命、提高電潛泵供應(yīng)商的服務(wù)水平和質(zhì)量，戰(zhàn)略措施之一就是有必要對(duì)電潛泵供應(yīng)商引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。為了實(shí)施此戰(zhàn)略，西江油田通過(guò)招投標(biāo)的形式于2007年與斯倫貝謝雷達(dá)電潛泵公司正式簽訂合同引入了雷達(dá)電潛泵供應(yīng)商，并且從2008年開(kāi)始，這開(kāi)創(chuàng)了延長(zhǎng)電潛泵壽命的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)和新時(shí)期。通過(guò)引入競(jìng)爭(zhēng)促使深錘公司和雷達(dá)公司提供更好的服務(wù)、更優(yōu)質(zhì)的設(shè)備、以及更合理的設(shè)備和服務(wù)價(jià)格，從而更有利于西江油田的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

在毫無(wú)國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒的條件下，西江油田在電潛泵管理工作中充分發(fā)揮了勇于探索、敢為天下先的海油人精神，成功摸索出了一條大排量電潛泵在惡劣環(huán)境下應(yīng)用的管理模式。這種精神和經(jīng)驗(yàn)值得在海油的其他項(xiàng)目和工作中推廣和分享。對(duì)于南海海相砂巖油田，在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的中后期，為了持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、縮短開(kāi)發(fā)周期和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，就必須提高電潛泵排量實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)采、少井高產(chǎn)的戰(zhàn)略。西江油田的成功經(jīng)驗(yàn)充分證明了該戰(zhàn)略的正確性和可執(zhí)行性，為海相砂巖油田實(shí)現(xiàn)高采收率打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；對(duì)南海礦區(qū)其他油田的開(kāi)發(fā)具有很好的借鑒作用。