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(fā)展股份有限公司工程技術(shù)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(shù)作業(yè)中心 天津300452)

隨著渤海海上石油的不斷開發(fā)，一些老油區(qū)進入開發(fā)中后期，電泵生產(chǎn)管柱在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大了處理復(fù)雜情況的難度；另外由于電泵機組外徑大，與生產(chǎn)套管環(huán)空間隙有限，限制了打撈工具的選擇，處理不當(dāng)會造成油井大修甚至報廢，給油田生產(chǎn)和開發(fā)帶來很大損失。

本文結(jié)合在渤海油田已發(fā)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(jié)打撈井下電泵機組的整體思路和技術(shù)對策，為今后處理類似的問題積累經(jīng)驗。

1 電潛泵機組落井原因及打撈作業(yè)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(tǒng)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(tǒng)的采油設(shè)備結(jié)構(gòu)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(chǎn)井、高含水井以及海上油田等油水井中得到廣泛的應(yīng)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(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)管柱有普通生產(chǎn)管柱與Y 型生產(chǎn)測試管柱，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

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

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

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

通過對海上油田已發(fā)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(chǎn)管柱斷裂導(dǎo)致機組落井。主要原因有：在長期的生產(chǎn)過程中生產(chǎn)管柱由于管柱震動、井液的腐蝕、油管質(zhì)量問題、出砂等原因?qū)е码姳靡陨仙a(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)管柱上切割導(dǎo)致電泵落井。

對于生產(chǎn)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(guī)則(如拔脫的油管接箍、斷裂的油管本體等)，但是由于生產(chǎn)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(yè)的難度。

②機組因生產(chǎn)年限、產(chǎn)品質(zhì)量、井況等原因，機組本身發(fā)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(dǎo)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(huán)境下，受井斜影響，產(chǎn)生一定的剪切力，連接螺栓易發(fā)生失效，造成電泵機組落井；電泵機組在生產(chǎn)過程中內(nèi)部的轉(zhuǎn)子葉輪由于本身質(zhì)量問題，隨著轉(zhuǎn)動發(fā)生一定程度的偏磨，切削外筒，導(dǎo)致外筒斷裂，致使電泵機組落井；部分油水井隨著生產(chǎn)有出砂現(xiàn)象，生產(chǎn)過程中，舉升出的井液中含砂，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)舉升過程中對分離器的外筒內(nèi)壁有沖蝕作用，當(dāng)外筒不足以承受分離器重量時發(fā)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(tài)不規(guī)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(dǎo)致魚頂狀態(tài)較為復(fù)雜。此類型落物由于形狀不規(guī)則、尺寸特殊，且易發(fā)生應(yīng)力變形，采用常規(guī)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(guī)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(guī)打撈工具與專用打撈工具相結(jié)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(chǎn)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(jù)管柱類型、井下工具、電泵附件數(shù)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(tài)進行分析及模擬，如圖5。

圖5 機組及繩纜類落物井下狀態(tài)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(dǎo)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(nèi)鉤、內(nèi)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(nèi)，造成硬物卡，使井況更加復(fù)雜。如果無法判斷魚頂狀態(tài)，可下入鉛印，落實清楚魚頂狀態(tài)(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(nèi)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(nèi)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(yè)井概況：渤海油田某平臺A26 井，為一口水平生產(chǎn)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(chǎn)，生產(chǎn)層位1195-1 砂體，水平段長度275.6 m，生產(chǎn)套管為9-5/8 英寸套管。井下生產(chǎn)管柱為普通合采生產(chǎn)管柱，檢泵作業(yè)期間，發(fā)現(xiàn)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(jù)該井生產(chǎn)井史，生產(chǎn)過程中取樣化驗見砂，懷疑電泵在生產(chǎn)過程中，葉輪高速旋轉(zhuǎn)舉升過程中井液對分離器的外筒內(nèi)壁有沖蝕作用，結(jié)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(nèi)鉤，內(nèi)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(rèn)為仍有電纜落井。再次下入5-7/8 英寸內(nèi)鉤下鉆到位，測試管柱上提懸重及下放懸重，緩慢旋轉(zhuǎn)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(rèn)落井電纜全部撈出(圖9)。

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

本次作業(yè)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(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖Fig.10 Schematic diagram of the structure of the electric pump separator

4 結(jié)論及建議

電泵機組本身斷裂落井多發(fā)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(shù)的影響，避免氣蝕發(fā)生。由于旋轉(zhuǎn)的井液特別是含砂的井液對筒壁有沖蝕作業(yè)，提高分離器本身材質(zhì)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(nèi)，可避免更加復(fù)雜的情況出現(xiàn)，也是一種有效的方法。

針對渤海油田修井作業(yè)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(fā)逐步進入中后期，井況越來越復(fù)雜，不斷研究和完善打撈工具及技術(shù)，會在井下作業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。