埕島油田電泵井故障成因分析與措施探討

文 // 和忠華 趙華 中國石化勝利油田分公司海洋采油廠

1 采油廠電泵舉升現狀

1.1 電泵舉升現狀

勝利油田海洋采油廠共有電泵井423口，開井360口；平均電機功率54.2kW、排量92.2m3、揚程1736.7m、泵掛1499.5m；平均日產液82.8t、產油20.6t、含水75.2%；平均泵效89.5%、檢泵周期1555d。其中2年以上的井196口，占開井數的54.4%；5年以上的井47口，占開井數的13.1%。目前生產最長的CB251A-4井生產時間為4251天。

1.2 電泵機組配套

目前，海洋采油廠電泵井泵型主要以排量60～100m3為主，其中100m3排量為132口，占31.2%；60m3排量為105口，占24.8%；80m3排量為100口占，23.6%（表1）。100m3以上排量電泵自2009年海上提速提效開發以來逐步配套，目前占所有電泵井的比例為46.1%。

海洋采油廠管理著埕島和新北兩個油田，主要有館陶組、明化鎮等疏松砂巖油藏和東營組、潛山等高溫油藏。針對疏松砂巖油藏，根據油井不同井況，配套的電泵機組主要有：耐砂加強型機組、耐砂加強型防垢機組、耐砂加強型寬流道機組、耐砂加強型防垢防腐機組和機組配套高效氣液泵；針對高溫油藏，主要以配套耐高溫機組為主，對氣液比小于50的井一般配套高效氣液泵（表2）。

2 電泵井故障類型與成因分析

2009～2013年間，海洋采油廠電泵井故障躺井共188井次，通過對故障井在油井作業及解剖電泵等過程核實故障原因，分析故障躺井因素主要有：供排不匹配，占38.4%；長期出砂結垢，占33.8%；供配電不完善,占12.6%；管柱漏失等其他因素占15.2%。

表1 采油廠電泵排量比例統計表

表2 海上不同油藏、井況對應電泵配套

2.1 供排不匹配

近幾年，海洋采油廠電泵井供排不匹配導致躺井的比例為38.4%。油層的供液能力越強，電泵機組的沉沒度就得到了充分的保障，這樣不但有利于機組、電纜的散熱，減少電機絕緣老化速率，而且可使泵保證在最佳的排量范圍內工作，維持較高的產量。供液強的電泵，還可使離心泵葉輪處于自由懸浮狀態，上下導輪之間的摩擦力減少，電泵的泵效自然升高，使用期延長。反之，若泵的排量與地層供液能力配匹性差，泵的實際排量在泵最佳范圍以外，泵的效能偏低，電機運行接近空載，得不到良好潤滑和降溫，這些井一般頻繁欠載，故障表現形式為電機燒壞、電纜擊穿。

目前，埕島油田主體館陶組生產井中低液井多，影響供排不平衡。有低液井有97口，占開井數的29.8%，平均單井日液27.7t，平均單井泵效42.5%。據統計2006年以來主體館陶組油井測壓結果顯示，總井數103口（見表3），表皮大于10有26口井，占總井數的25.2%，實驗表明表皮系數為10，對產能變化影響達到-54%。分析油井低液原因：一是鉆完井工藝不配套，投產初期即低液；二是長期生產微粒運行近井堵塞導致低液。

2.2 長期出砂結垢

近幾年海洋采油廠油井長期出砂結垢導致躺井的比例為33.8%。油井出砂嚴重制約著電泵井的使用，而埕島油田早期注入地層的海水介質因礦化度差異反應形成結垢也會使離心泵軸承、葉輪、導輪磨損嚴重，甚至卡泵造成電機過載燒毀，加劇電機保護器密封軸承的磨損，加速電機的使用耗損。如果油井出砂或結垢比較嚴重，將會造成離心泵葉導輪流道的堵塞，井液流動阻力增大，泵軸和葉輪流道磨損加劇，使泵的排量直接受到較大影響，故障表現形式為電機燒壞、電纜擊穿。

油井長期出砂結垢原因：一是防砂工藝不適應。過去埕島油田主要采用一步法擠壓充填防砂，對大斜度、長井段、多油層油井適應性差；二是井液礦化度高。埕島油田早期注海水2800萬m3，地層礦化度高,易結垢。

2.3 供配電不完善

近幾年海洋采油廠供配電不完善導致躺井的比例為12.6%。目前勝利海上地面配電存在以下不足：一是陸地大網供電易閃停，統計2013年電網波動、線路閃停導致停井達23次，在未配備變頻啟動下容易造成開機瞬間電流過大而躺井。二是供電電壓低，勝利海上平臺一般按照1050V和1260V電壓等級進行配置，對應電機額定電流分別為39A、46A、58A，海上1050V控制柜比例達32.9%，形成低電壓高電流，影響電機使用壽命。三是實際電壓比電機額定電壓低，上游電網電壓過低或電力輸送損耗過大，電泵井電機實際工作電壓可能低于電動機的額定電壓，電機為了維持本身的磁動勢平衡要保持功率不變所以電流增加，加速了電機絕緣老化，時間長就容易燒毀。

2.4 管柱腐蝕穿孔

完井管柱油管或工具發生腐蝕穿孔造成地層流體在井筒內循環，液面無法舉升到地面。統計海洋采油廠近幾年電泵井躺井故障原因分析，因油管或工具穿孔而躺井的比例為9.6%，平均下井時間僅806d。分析原因埕島主體受早期注海水影響，部分油井產生H2S、CO2等腐蝕介質。

3 延長電泵井壽命的措施探討

3.1 提高防砂質量避免攜砂生產和砂埋

海洋采油廠埕島油田和新北油田主要以疏松砂巖油藏為主，疏松砂巖油藏防砂是完井中最關鍵的環節，防砂質量對油井提液及穩產至關重要。館陶組定向井現有主導防砂工藝為分層擠壓充填+全井高速水充填防砂。分層擠壓充填防砂以突破污染帶為目的，擴大管外擋砂屏障，全井高速水充填防砂提高炮眼及環空的充填質量。目前防砂工藝基本適應現階段生產需要，但對于長井段油井，全井高速水充填防砂無法保證炮眼及環空的充填密實程度。為進一步提高防砂質量，需要配套以下工藝：①配套分層擠壓充填+分層高速水充填防砂工藝，該工藝目前已較成熟，防砂效果好，但費用高；②一次多層擠壓充填防砂工藝，該工藝目前已在陸地試驗應用，能節省一趟防砂施工，費用低。

表3 2006年以來主體館陶組油井測壓結果統計表（解釋有表皮井）

3.2 改善水質減緩油井結垢趨勢

海上油田由于長期注海水（累計注2800萬m3）影響，增加地層流體礦化度，目前綜合含水達到73.5%，油井結垢趨勢普遍，會影響電泵井的使用壽命。目前海洋采油廠已經停注海水，主要以油井產液分離出的污水和同層水源井水為注入水，污水處理出站水質達標率高，但海上海管上下起伏達20m，拐點多，細菌等容易積攢滋生，導致水質沿程污染較大，從出站到井口懸浮物、含油量增加一倍以上。下一步將針對海上油田海管特點，開展酸液浸泡、氣水脈沖掃線等海管沖洗新技術研究，以及開展水質藥劑復配篩選，從而提高井口水質達標率。

3.3 根據提液需要進行舉升配套

3.3.1 地面配電改造

勝利海上平臺一般按照1050V和1260V電壓等級進行配置，1050V只能匹配49kW電機，適應100m3以下電泵排量生產需要。今后海上定向井提液到150～200m3，水平井提液到200～300m3，需要更大的電機功率及更高的電壓等級。經統計，目前海上共有186臺1050V控制柜，占所有控制柜總數的32.9%，1050V電壓等級配電系統需改造的工作量較大。

另外，改進電機額定電壓和提高地面供電電壓，保證高電壓低電流運行，有效保護電機長時間運轉。

3.3.2 配備變頻控制柜

要解決油井階段供排不匹配對電泵舉升工藝的影響，可通過配套一對一的變頻控制柜來實現供排匹配，從而提高電泵適應性和使用壽命。變頻器能實現電機的低頻啟動，電機是慢慢加速起來的，工作頻率不一定是額定頻率，根據產液量設置或調整工作頻率。目前海上變頻控制柜有69臺，占所有控制柜總數的12.2%，達不到生產需要。

3.3.3 引進電泵工況傳感器

電泵工況傳感器隨完井管柱下入井筒內，在電泵機組下部。可以為日常管理提供實時準確可靠的電泵工作參數及井況參數，能監測井下溫度、壓力、震動等數據，根據所監測到的數據及時調節電泵的工作狀態，實現地層產液能力與電泵排量相匹配，從而延長電機的使用壽命，確保油井合理開采。

3.4 優化機組提升電泵適應性

在滿足當前油井工況及海上環境下，還需從材質選擇、機組結構、加工質量等方面進行改進，提升電泵機組耐砂防垢防腐性能。主要做好以下優化：①防砂耐磨蝕潛油電泵機組通過在離心泵、分離器內使用高硬度的耐磨軸承，下步優化耐磨軸承材質，提高對含砂井液的適應性；②在離心泵導葉輪流道內噴涂防垢復合材料，涂鍍防垢涂層隔離井液與金屬表面直接接觸，使礦物質不能在葉導輪表面形成垢層，下一步將優化噴涂防垢材料，使導葉輪表面不再結垢，從而起到防垢的作用；③采用不銹鋼機組，機組頭、座以及殼體均采用不銹鋼材料以提高對腐蝕井況的適應性。

3.5 研究復雜工況下管柱延壽技術

要保障管柱長壽，需加大油井管柱腐蝕機理研究，從采出水高礦化度、腐蝕氣體、管材材質等多方因素考慮，開展不同區塊不同油藏類型油井產液腐蝕評價，通過室內實驗和現場試驗應用優化防腐材質及生產管柱，減少或抑制管柱腐蝕的問題發生。

3.6 加強地面管理合理調控

一是地質、工藝技術人員針對動、靜態資料綜合分析，細化注采調配工作，盡可能保證地層和電泵供排一致。二是加強電泵井日常管理，電泵井的開井、停井和日常維護是電泵管理的重要環節。例如對于出砂或結垢井，停井后開井前盡量反洗井，減少開井瞬間造成卡泵。三是合理調控生產參數，低油壓、低電流運行能延長電泵壽命，對于有變頻控制生產的油井，盡量采用大油嘴低頻率生產。