潛油電泵常見故障分析及提高采收率方法研究

吳碧常

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

我國大部分油田目前均處于開發(fā)的中后期，油井含水率逐年升高，潛油電泵作為重要的機械采油設(shè)備在油田得到了廣泛應(yīng)用，并不斷創(chuàng)新、發(fā)展成為一整套系統(tǒng)，而不是單一的采油設(shè)備，截止2018 年低，我國潛油電泵井已達8000 余口，約占機械采油井總數(shù)的15%，是油井提高采收率的有效方法，油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的有效保證。

1 潛油電泵系統(tǒng)的構(gòu)成

潛油電泵系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，硬件部分主要包括多級離心泵（混流式泵），工藝閥組，潛油電機，變壓器，變頻器，配電柜，保護器及其它元、器件，如潛油電纜、接線盒、大小頭等；軟件部分主要包括系統(tǒng)優(yōu)化、選型程序，井下工況、參數(shù)監(jiān)控分析程序，數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、遠傳程序，故障診斷、分析程序等。其中泵揚程、排量及電機功率選擇受井深、出液量等參數(shù)的限制。

2 潛油電泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點

2.1 優(yōu)點

（1）排液量大是潛油電泵系統(tǒng)的主要優(yōu)點，但目前該采油方式也應(yīng)用于低產(chǎn)油井的開采。

（2）該系統(tǒng)可把油井上部水層的水轉(zhuǎn)注到下部的注水層中。

（3）地面部分占用空間小，外型美觀，泵及電機位于井下，噪音小，同時易于管理，操作簡便。

（4）具有廣泛的適應(yīng)性，無論是水平井、斜井還是海底油井，均可應(yīng)用該系統(tǒng)采油且效果良好。

（5）容易處理腐蝕和結(jié)蠟。

（6）容易安裝井下壓力及溫度等測試裝置，并通過電纜將測試信號傳遞到地面，進行測量讀數(shù)。

（7）為適應(yīng)油井產(chǎn)量遞減或發(fā)生變化，可采用變頻裝置調(diào)節(jié)電源頻率來實現(xiàn)，但投入費用較高。

（8）免修期較長，油井生產(chǎn)時效相對比較高。

2.2 缺點

（1）潛油電泵下入深度受電機額定功率的限制，套管尺寸和井底高溫時潛油電泵的下入深度受到限制。大型高功率設(shè)備沒有足夠的環(huán)形突然空間冷卻電機，會縮短電機的使用壽命。

（2）由于多級大功率潛油功率比較昂貴，使得初期投資比較高，特別是電纜的費用較高。如果需要搞腐蝕或耐高溫，則費用會更高。

（3）由于整套裝置都安裝在井下，一旦出現(xiàn)故障，需要起出全部管柱進行修理，導(dǎo)致作業(yè)費用增加和停產(chǎn)時間過長。

（4）井下高溫容易使電纜出現(xiàn)故障，高溫、腐蝕和磨損可能造成電機損害。高氣油比會使升舉故障降低，而且會因氣鎖使泵發(fā)生故障。

（5）動力源僅適應(yīng)采用電源。

3 潛油電泵系統(tǒng)常見故障及其產(chǎn)生原因

由以上介紹可知，與抽油機深井泵等其它機械采油方法相比，潛油電泵在技術(shù)、應(yīng)用、管理等諸多方面均有明顯優(yōu)勢，但受惡劣的井下環(huán)境、制造原材料局限性的影響及運行時間的延長，系統(tǒng)會發(fā)生一些常見故障，主要有如下2 種。

3.1 潛油電泵欠載或不出液

引發(fā)欠載潛油電泵或不出液的原因一般有：（1）油層供液量不足，或異物堵塞防砂篩管引起供液量減少。（2）井下工況變化，泵揚程不夠。（3）各種原因引起的管柱漏失，如：泄油閥、沉砂管、油管泄漏或刺穿。（4）油井含水率較低時，常出現(xiàn)的氣鎖現(xiàn)象。（5）分離器或潛油泵的軸斷開。（6）泵及管柱出現(xiàn)泥漿堵或砂堵。

3.2 潛油電泵運行中發(fā)生過載

引發(fā)潛油電泵系統(tǒng)過載的原因一般有：（1）電機中進入井液引起的過載，如電機殼體腐蝕破損、電機電纜接頭部位密封不嚴。（2）系統(tǒng)保護器突然失效。（3）井液粘度、密度等參數(shù)比預(yù)測值大。（4）電機啟停過程中瞬時電流過大或供電系統(tǒng)電壓波動過大引起絕緣層老化或擊穿。（5）由某些原因引起的電機超負荷運轉(zhuǎn)時間較長，造成系統(tǒng)過熱，絕緣層損壞。（6）由出砂引起泵卡及井下作業(yè)過程中造成的電纜機械損傷。

4 調(diào)整潛油電泵系統(tǒng)參數(shù)，提高油井采收率

提高油井采收率，首先保證潛油電泵系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)管理過程中，除了一些日常檢查和應(yīng)急故障處理，還應(yīng)通過監(jiān)測、監(jiān)視系統(tǒng)，對潛油電泵系統(tǒng)自身的運轉(zhuǎn)參數(shù)、工作環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析、整理，采取相應(yīng)措施，規(guī)避故障風(fēng)險，尤其對油井套管內(nèi)氣體，合理排放，確定適當(dāng)?shù)奶讐褐?，重點關(guān)注電流卡片上的電流波動范圍，分析反應(yīng)泵效的特性曲線，使系統(tǒng)盡量在設(shè)計的額定范圍內(nèi)工作。

4.1 合理排放電泵井套管內(nèi)氣體、確定適當(dāng)套壓值

潛油電泵系統(tǒng)提升井液，加大了油井產(chǎn)量，增大了產(chǎn)液在地層內(nèi)的流速，造成地層壓力下降較快，產(chǎn)液在地層內(nèi)達到飽和蒸汽壓，氣體從井液脫離形成游離氣體，同時，在一定壓力下，井液溶解部分氣體，進入電泵氣體量達到一定數(shù)值，使系統(tǒng)出現(xiàn)欠載停機的風(fēng)險加大。電泵井內(nèi)井液進入泵體前須經(jīng)系統(tǒng)分離器脫氣處理，當(dāng)井液中氣體占比較高時，超過了分離器的處理能力，就會使大量氣體隨井液一起進入泵系統(tǒng)，降低系統(tǒng)提升效率，甚至產(chǎn)生氣蝕，影響泵的壽命。因此合理排放電泵井套管內(nèi)多余氣體，氣液比及井液密度達到或接近經(jīng)計算所得的理想數(shù)值，不僅可以提高潛油電泵系統(tǒng)效率，增加油井產(chǎn)量，還可以大大延長電泵系統(tǒng)的使用壽命，降低采油成本。

潛油電泵采油過程中，油井套壓值的設(shè)定也是影響采收率和油井產(chǎn)量的重要因素，由于現(xiàn)實中油層的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，每口油井的井下生產(chǎn)環(huán)境如地層壓力、溫度等不同，產(chǎn)液參數(shù)如含水率、氣油比、飽和壓力及產(chǎn)液量等差異也較大因此無法設(shè)計一套統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定油井的套壓值，因此，電泵井的套壓值不是固定的，而是隨著生產(chǎn)條件的變化進行整定。油田電泵井實際生產(chǎn)中一般是通過多次現(xiàn)場實驗來確定電泵井套壓值，并通過產(chǎn)液量、壓力及電流的變化來檢驗套壓值是否滿足生產(chǎn)需求。套壓值的整定，首先將當(dāng)前工況下的產(chǎn)液量及套壓值記錄下來，然后調(diào)節(jié)套壓放氣閥，在0.1 ～1.0MPa 區(qū)間內(nèi)上調(diào)、下調(diào)套壓值，同時記錄下5 組對應(yīng)的產(chǎn)液量，并根據(jù)多次反復(fù)試驗統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，匯出產(chǎn)液量隨套壓變化的關(guān)系曲線，油井的實際生產(chǎn)可以根據(jù)該曲線選定合理的套壓值。

4.2 分析潛油電泵電流卡

每口油井的潛油電泵都有專人定時填寫其運轉(zhuǎn)記錄卡片，內(nèi)容包括：油井編號、電泵系統(tǒng)廠家、型號、施工時間、泵掛深度、投產(chǎn)時間、額定電壓電流及泵Q、H、P 等參數(shù)。其中電流卡片由電流記錄儀自動繪制，正常情況下是一條對稱且光滑的曲線，表明所選潛油電泵滿足油井正常生產(chǎn)需求，實際功率≤額定功率，實際電流值在設(shè)計規(guī)定范圍內(nèi)波動，并接近額定電流值。如果實際電流值超過規(guī)定范圍的極限值或在保護器作用下系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，就應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)工況參數(shù)和工作環(huán)境，分析電流異常原因，找出故障迅速處理，以便盡快恢復(fù)生產(chǎn)。

4.3 分析潛油電泵特性曲線

在額定轉(zhuǎn)速下，潛油電泵流量Q、揚程H、功率P 及效率η 等4 個性能參數(shù)可形成3 條特性曲線，即Q—H 曲線、Q—P曲線、Q—η 曲線，在特性曲線坐標(biāo)系中，橫坐標(biāo)均為Q，縱坐標(biāo)分別為H、P、η，嚴格來說，每臺潛油電泵都有特定的特性曲線，在潛油電泵特性曲線上，對應(yīng)任意流量點都可以找到一組與其相對應(yīng)的揚程、軸功率和效率值，通常把這一組相對應(yīng)的參數(shù)稱為工況，其對應(yīng)最高效率點的一組工況稱為最佳工況。在生產(chǎn)實踐中，潛油電泵的運行工況點是通過集輸管路的特性曲線與潛油電泵的特性曲線確定的。在選擇和使用泵時，使泵在高效區(qū)運行，以保證運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟和安全。

5 結(jié)語

根據(jù)我國油田的特殊情況，潛油電泵采油優(yōu)勢明顯，電泵井?dāng)?shù)量逐年增加。近年來我國潛油電泵在研發(fā)、設(shè)計、制造水平方面快速提高，已走在世界前列，尤其是變頻節(jié)能裝置的應(yīng)用，使其在采油生產(chǎn)中的應(yīng)用快速增長。針對開發(fā)中后期及含水率高的油田，發(fā)揮潛油電泵深抽、大排液量優(yōu)勢，可有效提高油井產(chǎn)量及采收率。