渤海油田電泵機組落井原因分析及打撈工藝

朱洪華，馮 碩，石張澤

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術公司 天津300452；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程技術作業中心 天津300452)

隨著渤海海上石油的不斷開發，一些老油區進入開發中后期，電泵生產管柱在生產過程中出現腐蝕、絲扣損壞、粘扣落井等問題，造成電泵機組落井。電泵機組落井常常伴隨著壓力計電纜、動力電纜、電纜護罩等附件落井，造成落井電泵管柱魚頂結構復雜，增大了處理復雜情況的難度；另外由于電泵機組外徑大，與生產套管環空間隙有限，限制了打撈工具的選擇，處理不當會造成油井大修甚至報廢，給油田生產和開發帶來很大損失。

本文結合在渤海油田已發生的各種井下電泵機組落井且成功處理落井電泵的事故案例，分析其落井原因，總結打撈井下電泵機組的整體思路和技術對策，為今后處理類似的問題積累經驗。

1 電潛泵機組落井原因及打撈作業難點分析

電潛泵的全稱為電動潛油離心泵(Electrical Submersible Pump)，簡稱為電潛泵(ESP)或電泵，如圖1 所示，電潛泵以整套系統存在：地面部分包括變壓器、控制柜、接線盒和特殊井口裝置；中間部分包括油管和電泵動力電纜、電纜護罩等附件；井下部分包括泵、分離器、保護器、電機、動力電纜及附件(電纜護罩、小編電纜固定器、手銬等)。

電潛泵系統的采油設備結構較為簡單，同時具有較高的效率和較大的排量，自動化程度高，在非自噴高產井、高含水井以及海上油田等油水井中得到廣泛的應用，是石油開采過程中后期開采的主要方式和手段。

圖1 電潛泵采油系統組成示意圖Fig.1 Schematic diagram of oil recovery system of electric submersible pump

在渤海油田，油水井生產套管常用尺寸為9-5/8英寸與7 英寸兩種，常用的電潛泵生產管柱有普通生產管柱與Y 型生產測試管柱，其結構如圖2 所示。

圖2 海上油田常見的電泵生產管柱示意圖Fig.2 Schematic diagram of electric pump production string in offshore oilfield

不同類型的生產管柱及不同尺寸的生產套管發生電泵落井具有不同的特點，海上油田機組落井打撈作業難點如表1。

表1 海上油田落井機組的技術難點Tab.1 Technical difficulties of offshore well dropping units

通過對海上油田已發生的落井電泵機組進行拆檢分析，電泵落井的原因可分為兩大類。

①生產管柱斷裂導致機組落井。主要原因有：在長期的生產過程中生產管柱由于管柱震動、井液的腐蝕、油管質量問題、出砂等原因導致電泵以上生產油管斷裂，造成電泵機組落井；或者套管變形、Y 接頭上有落物遇卡、生產管柱中的過電纜封隔器不能正常解封等原因，在電泵以上的生產管柱上切割導致電泵落井。

對于生產管柱斷裂造成的電泵機組落井，魚頂一般為斷裂的油管或井下工具，魚頂相對比較規則(如拔脫的油管接箍、斷裂的油管本體等)，但是由于生產管柱的一些附件，如電泵動力電纜、井下壓力計電纜、電纜護罩等堆積在魚頂上方或周圍，增加了打撈作業的難度。

②機組因生產年限、產品質量、井況等原因，機組本身發生斷裂造成其落井。主要原因有：機組部件之間連接方式為法蘭與螺栓配合，導致電泵的強度弱點在于機組之間的連接處，在井下高溫高壓液體浸泡、長時間的震動工作環境下，受井斜影響，產生一定的剪切力，連接螺栓易發生失效，造成電泵機組落井；電泵機組在生產過程中內部的轉子葉輪由于本身質量問題，隨著轉動發生一定程度的偏磨，切削外筒，導致外筒斷裂，致使電泵機組落井；部分油水井隨著生產有出砂現象，生產過程中，舉升出的井液中含砂，在葉輪高速旋轉舉升過程中對分離器的外筒內壁有沖蝕作用，當外筒不足以承受分離器重量時發生斷裂，落井的分離器及拆檢的電泵機組驗證了液流的沖蝕作用，如圖3。

斷裂的機組落魚特點：斷裂的機組落魚魚頭與油管相比，魚頭狀態不規則，多為斷裂的分離器或為帶有葉輪的軸；部分油井帶有壓力計電纜、電泵動力電纜、電泵手銬、護罩等落在魚頂上面，導致魚頂狀態較為復雜。此類型落物由于形狀不規則、尺寸特殊，且易發生應力變形，采用常規的打撈工具難以打撈(圖4)。

圖3 沖蝕斷裂分離器斷口Fig.3 Fracture of erosion and fracture separator

圖4 電泵機組不規則的附件Fig.4 Irregular accessories of electric pump unit

2 落井電泵機組打撈工藝及打撈工具改進

電泵落井事故井處理的基本原則：以打撈為主，銑、磨、修為輔，常規打撈工具與專用打撈工具相結合，大段切割打撈電泵機組以上的油管、電纜，整體處理電泵機組。

①針對事故井，對生產井史進行分析，找出電泵落井的原因：是管柱遇卡斷裂還是腐蝕落井。根據管柱類型、井下工具、電泵附件數量、動力電纜及壓力計電纜長度等，對落井電泵機組的魚頂狀態進行分析及模擬，如圖5。

圖5 機組及繩纜類落物井下狀態分析Fig.5 Downhole state analysis of generator and cable

②對于魚頂上方有電泵動力電纜、井下壓力計電纜、電泵附件等雜物，導致魚頂無法露出的情況，首先需要將魚頂上方的雜物打撈清理，以便魚頂露出，一般采用下入活動外鉤、內鉤、內外組合鉤、多輪打撈器等進行打撈，清理干凈魚頂上部雜物，防止在上提過程中雜物下落至電泵機組與套管間隙內，造成硬物卡，使井況更加復雜。如果無法判斷魚頂狀態，可下入鉛印，落實清楚魚頂狀態(圖6)。

圖6 打撈繩纜類落物常用工具Fig.6 Commonly used tools for salvaging ropes

③雜物處理干凈之后的電泵機組，下入開窗撈筒、卡瓦打撈筒或電泵專用薄壁高強度撈筒等進行打撈。如果電泵機組落入防砂段內無法采用外撈工具進行打撈，也可對魚頂進行磨銑、套銑處理后，采用下入專用的打撈矛進行內部打撈(圖7)。

圖7 常用電泵打撈處理工具Fig.7 Commonly used electric pump salvage treatment tools

3 海上落井電泵的打撈實例

作業井概況：渤海油田某平臺A26 井，為一口水平生產井，人工井底1 890 m，最大井斜為90.46°，最大狗腿度為4.21°/30 m，2010年1月12 日投產，生產層位1195-1 砂體，水平段長度275.6 m，生產套管為9-5/8 英寸套管。井下生產管柱為普通合采生產管柱，檢泵作業期間，發現電泵機組自分離器處斷裂，電泵分離器吸入口以下機組落井，電泵動力電纜自小扁電纜護罩插頭處拔出(未落井)。落魚部分為：2-7/8 英寸EU 帶孔圓堵+壓力計托筒+變扣(抽油桿變扣B×2-7/8 英寸EUP)+抽油桿+變扣+扶正器+電潛泵電機+保護器+氣體分離器，總長50.44 m，井下壓力計電纜約75 m，小扁電纜護罩全部落井，魚頂為斷裂的油氣分離器(圖8)，魚頂上部落有井下壓力計信號電纜。

圖8 斷裂的分離器斷口Fig.8 Fracture of separator

根據該井生產井史，生產過程中取樣化驗見砂，懷疑電泵在生產過程中，葉輪高速旋轉舉升過程中井液對分離器的外筒內壁有沖蝕作用，結合斷裂油氣分離器斷口分析，電泵分離器為井液沖蝕斷裂。魚頂上部留有落井的75 m 井下壓力計電纜，第一步處理落井的井下壓力計電纜，第二步打撈落井機組。

打撈時下入5-7/8 英寸內鉤，內鉤由高強度的套銑管切割而成，鉤齒呈螺旋片狀，并按照打撈旋轉方向排布，本體是大直徑空心筒狀，便于沖砂及沖洗打撈；底端設計成斜尖，便于引入繩纜狀落物。下鉆到位后測試打撈管柱上提懸重及下放懸重，緩慢旋轉管柱，打撈出團狀的壓力計電纜，通過測量打撈出的壓力計信號電纜長度，估算井下壓力計信號電纜的長度，對比落井的井下壓力計電纜長度，認為仍有電纜落井。再次下入5-7/8 英寸內鉤下鉆到位，測試管柱上提懸重及下放懸重，緩慢旋轉管柱，打撈出成團狀的壓力計電纜，測量打撈出壓力計信號電纜長度，確認落井電纜全部撈出(圖9)。

圖9 撈出壓力計信號電纜的內鉤Fig.9 Inner hook for pulling out pressure gauge signal cable

本次作業下入由強度較高的銑鞋切割加工而成的開窗撈筒，因井斜較大，落魚躺在井筒底邊，將撈筒底端加工成內錐面喇叭口，便于在底邊將落魚引入撈筒。連接撈筒下鉆到位，大排量沖洗魚頂，緩慢下放引入落魚，最終成功打撈出落井電泵(圖10)。

圖10 電泵分離器結構示意圖Fig.10 Schematic diagram of the structure of the electric pump separator

4 結論及建議

電泵機組本身斷裂落井多發生在油氣分離器處，油氣分離器位于潛油電泵的下端，是泵的吸入口，其功能是利用氣液比重差將井液中的自由氣體分離出來，以減少氣體對泵排量、揚程和效率等特性參數的影響，避免氣蝕發生。由于旋轉的井液特別是含砂的井液對筒壁有沖蝕作業，提高分離器本身材質性能，加強抗沖蝕能力是提高電泵壽命的一重大舉措。在電泵機組下部安裝大直徑、高強度的扶正器，防止機組斷裂后進入大直徑的防砂管柱內，可避免更加復雜的情況出現，也是一種有效的方法。

針對渤海油田修井作業過程中遇到的電泵機組斷裂落井的情況，分析了電泵機組落井的主要原因，并介紹了打撈電泵機組的思路及方法。隨著海上油田開發逐步進入中后期，井況越來越復雜，不斷研究和完善打撈工具及技術，會在井下作業中發揮越來越重要的作用。