敷纜管井質(zhì)量可靠性探索

肖顯云，黃大勇，肖磊

中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠 （新疆 阜康 831511）

0 引言

中國(guó)的質(zhì)量可靠性工程體系最早由錢(qián)學(xué)森等老一輩科學(xué)家在軍工行業(yè)提出并建立，在石油行業(yè)的起步相對(duì)較晚。石油行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、長(zhǎng)流程的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)過(guò)程中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠性缺失均可能造成巨大損失[1]。20世紀(jì)80年代，在老一輩石油人的推動(dòng)下，質(zhì)量可靠性技術(shù)在石油行業(yè)得到應(yīng)用并飛速發(fā)展，形成了石油產(chǎn)品的可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，行業(yè)內(nèi)各學(xué)科的可靠性工程技術(shù)研究也隨之開(kāi)展[2]。

隨著石油行業(yè)的發(fā)展和相關(guān)法規(guī)的健全，對(duì)石油產(chǎn)品的可靠性要求也必將更加嚴(yán)格，只有不斷提升質(zhì)量，才能降低事故發(fā)生率，保障油氣資源開(kāi)發(fā)，守護(hù)國(guó)家的能源安全。

1 概況

在石油行業(yè)質(zhì)量可靠性技術(shù)全面發(fā)展的大背景下[2]，2017年10月,無(wú)桿泵采油平臺(tái)示范區(qū)在中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠建設(shè)完成,主體采用敷纜管、無(wú)桿泵、井站集成控制工藝。其工藝的成功應(yīng)用,為油井開(kāi)發(fā)方式的選擇提供了一套系統(tǒng)的解決方案，有效緩解了許多長(zhǎng)期困擾油田的難題，包括征地難、管桿偏磨、潛油電纜保護(hù)等問(wèn)題，降低了現(xiàn)場(chǎng)管理難度和安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，使機(jī)械采油技術(shù)的發(fā)展跨入了一個(gè)新的里程碑。隨著油田的智能化程度的逐漸增加，運(yùn)行成本逐漸降低，開(kāi)發(fā)效益也逐漸提高[3]。這些新技術(shù)在變革油田開(kāi)發(fā)模式的同時(shí),也向油田的日常生產(chǎn)管理提出了挑戰(zhàn)。如何應(yīng)用好這項(xiàng)新工藝，管理好這些敷纜管井，保證這些井持續(xù)、穩(wěn)定的為油田帶來(lái)效益是需要解決的問(wèn)題。此外，敷纜管井的可靠性研究還具有更深層次的意義，作為一種新型的油田開(kāi)發(fā)模式，構(gòu)成其主體的3種工藝：敷纜管、無(wú)桿泵、井站一體化集中控制技術(shù)，是今后石油行業(yè)一種新的發(fā)展趨勢(shì)。開(kāi)展敷纜管井可靠性研究，不僅能夠保證油田的穩(wěn)產(chǎn)，也能夠促進(jìn)新工藝的長(zhǎng)足發(fā)展和進(jìn)步，更好地凸顯新技術(shù)對(duì)生產(chǎn)力發(fā)展的積極作用。

敷纜管，玻璃鋼敷纜復(fù)合連續(xù)油管的簡(jiǎn)稱(chēng)，采用多層玻璃鋼非黏結(jié)結(jié)構(gòu)，動(dòng)力纜、信號(hào)纜、輔熱纜敷設(shè)于管材中，替代常規(guī)的N80鋼管，用于輸送井筒內(nèi)流體。敷纜管井則是將敷纜管、電潛柱塞泵與電潛螺桿泵、集中控制節(jié)能技術(shù)三者高度集成統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了井站一體化管理，達(dá)到節(jié)能提效、減少管理難度、降低安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)的目的。

2 問(wèn)題的提出

2018—2019年，敷纜管井故障頻發(fā)，詳細(xì)故障原因見(jiàn)表1。

表1 2018—2019年年敷纜管井故障分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018—2019年上半年因井下故障實(shí)施檢泵作業(yè)48井次,共造成直接經(jīng)濟(jì)損失320萬(wàn)元，影響原油產(chǎn)量6 000 t。產(chǎn)量對(duì)于油氣田企業(yè)的重要性是不言而喻的，它是油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況的主要指標(biāo)之一。而敷纜管井生產(chǎn)的輸出品正是原油，提高其質(zhì)量可靠性與企業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。因此，研究敷纜管井的質(zhì)量可靠性對(duì)于油田的發(fā)展及技術(shù)的進(jìn)步具有積極的意義。

2.1 可靠性分析

因石油行業(yè)的特殊性，油井井下故障只能通過(guò)修井作業(yè)才能實(shí)現(xiàn)，期間不僅額外產(chǎn)生修井費(fèi)用，且影響產(chǎn)量。從可靠性的維修性、測(cè)試性、保障性3個(gè)方面對(duì)敷纜管井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，以便采取針對(duì)性措施。

1）維修性指產(chǎn)品要具有易于修理的性能。敷纜管井的修井時(shí)間僅為24 h，與常規(guī)小修檢泵作業(yè)時(shí)間的48 h相比要高效很多。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，這一優(yōu)勢(shì)卻大打折扣。究其原因，敷纜管材質(zhì)具有特殊性，其抗內(nèi)壓強(qiáng)度為25 MPa，抗外壓強(qiáng)度僅為8 MPa，耐溫強(qiáng)度為85℃，采用常規(guī)的小修工序易造成超壓，使管材損壞，只能采用在修井作業(yè)前排液的方式來(lái)平衡井底壓力，保證修井過(guò)程中不出現(xiàn)溢流導(dǎo)致的環(huán)境污染。實(shí)際進(jìn)行排液作業(yè)后，因單井生產(chǎn)情況的不同，其排液時(shí)間也存在較大差異，統(tǒng)計(jì)2019年上半年小修作業(yè)28井次中排液時(shí)間，最長(zhǎng)38天，最短0天，詳情見(jiàn)表2。

從統(tǒng)計(jì)情況可以看出：排液時(shí)間是影響維修性的主要因素。通過(guò)多口井同時(shí)排液，優(yōu)化施工順序可以將排液時(shí)間對(duì)維修性的影響降到最低；此外，利用可控不壓井技術(shù)也可以降低施工難度，減少排液時(shí)間。今后，還將開(kāi)展井下油氣分離器的研究，進(jìn)一步降低排液難度，提高其維修性。

表2 排液時(shí)間及排液量統(tǒng)計(jì)

在管柱上提完后，一些復(fù)雜情況也會(huì)造成施工過(guò)程無(wú)法繼續(xù)，增加施工難度。如發(fā)現(xiàn)出砂、斷脫等問(wèn)題后不得不將敷纜管作業(yè)車(chē)改為常規(guī)修井車(chē)進(jìn)行作業(yè)，問(wèn)題處理完畢后再上敷纜管作業(yè)車(chē)下放管柱，使得施工難度增大，施工時(shí)間延長(zhǎng)。

2）測(cè)試性指在維修過(guò)程中能夠快速進(jìn)行故障定位、診斷。敷纜管井集成了3種行業(yè)內(nèi)較先進(jìn)的工藝技術(shù)，這種組合模式一改傳統(tǒng)油田開(kāi)發(fā)模式，智能化程度更好，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員的要求也更高，3種工藝相互交叉使得對(duì)故障的判斷加難度更大。分析2019年15口檢泵井的故障原因，詳見(jiàn)下表3。

表3 2019上半年檢泵井故障原因分析

從表3可以看出，有些井的故障情況是多種原因交叉形成的。這給故障分析帶來(lái)了難度，如何判定故障原因，如何厘清多條故障間的主次因果關(guān)系，這些都是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中需要考慮的問(wèn)題。如：一口井同時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)絕緣和出砂現(xiàn)象，通過(guò)分析認(rèn)為，出砂在前，造成泵筒堵塞；電機(jī)長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)，電流過(guò)高損壞電纜絕緣層。因此將其主要故障原因界定為出砂。

再對(duì)故障原因進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)，由高—低分別為：絕緣故障、傳感器支架漏失、地層出砂影響、免旋轉(zhuǎn)法蘭漏失。將責(zé)任落實(shí)到實(shí)處，又可細(xì)分為：電機(jī)絕緣故障、敷纜管絕緣故障、傳感器支架焊接不嚴(yán)、地層出砂嚴(yán)重、免轉(zhuǎn)法蘭焊接不嚴(yán)等。比如故障率最高的電機(jī)絕緣故障，通過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其主要原因有兩種：運(yùn)輸過(guò)程中的損壞以及出廠時(shí)焊接工藝不完善造成的。而對(duì)于地層出砂嚴(yán)重的井，則需要在投產(chǎn)時(shí)加強(qiáng)防砂工藝。通過(guò)落實(shí)責(zé)任逐步提高故障診斷水平，也更利于故障的處理。

3）保障性指在維修診斷的過(guò)程中能夠提供足夠多的資源、備件、維修人員、維修設(shè)備、維修設(shè)施等。敷纜管是代替普通N80油管的一種連續(xù)、可卷曲的非金屬管，根據(jù)每口井的井深數(shù)據(jù)提前制造，一旦某根敷纜管發(fā)生損壞，現(xiàn)場(chǎng)并不具備維修的設(shè)備條件，此時(shí)若無(wú)備用的管材，將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行修井作業(yè)，耽誤工期。而且，關(guān)井待料、空井筒封井也增加了后續(xù)工作的難度和風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，曾出現(xiàn)敷纜管損壞無(wú)備貨的情況2次，影響工期10天。此外，排液罐不足、施工車(chē)輛調(diào)配不及時(shí)、工序間協(xié)調(diào)不當(dāng)也是造成修井進(jìn)度緩慢，影響保障性的一個(gè)主要原因。

2.2 問(wèn)題分析

通過(guò)上述分析，結(jié)合全面質(zhì)量管理的相關(guān)知識(shí)，敷纜管井的質(zhì)量管理存在以下問(wèn)題：①敷纜管井的故障率高，主要在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸?shù)确矫娲嬖谌毕?；②敷纜管井采用新工藝較多，可借鑒成熟經(jīng)驗(yàn)較少,尚未建立完善的質(zhì)量管理體系[4]；③敷纜管井修井配套技術(shù)仍需完善，其可靠性通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化能夠得到提高[5-6]。

3 問(wèn)題的處理

經(jīng)過(guò)對(duì)敷纜管井生產(chǎn)管理過(guò)程的分析，提出了“提高敷纜管井可靠性”的質(zhì)量目標(biāo)，采取以下措施。

1）強(qiáng)化前期設(shè)計(jì)論證，提高工藝適應(yīng)性。敷纜管井采用的電潛柱塞泵工藝沒(méi)有應(yīng)用于稠油井的案例，在小規(guī)模應(yīng)用成功后并未深入論證，問(wèn)題暴露不充分，規(guī)模應(yīng)用后故障率較高，吸取其經(jīng)驗(yàn)，在后續(xù)的修井過(guò)程中逐步糾正設(shè)計(jì)隱患[7]。具體措施：對(duì)地層出砂嚴(yán)重，采用樹(shù)脂砂、纖維防砂的工藝；對(duì)電纜焊接不牢，更換效果更好的電焊機(jī)；對(duì)傳感器支架漏，使用保護(hù)焊工藝；對(duì)螺栓強(qiáng)度不足，更換強(qiáng)度更好的材質(zhì)；對(duì)油管接頭強(qiáng)度差，在接頭處增加內(nèi)襯；對(duì)傳感器腐蝕，更換防腐材料。通過(guò)這些措施來(lái)保證敷纜管井在投產(chǎn)中不再出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

2）形成規(guī)范化的管理流程。①建立完善無(wú)桿泵、敷纜管的使用規(guī)范，以及敷纜管井的修井操作規(guī)程。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例，將敷纜管井的修井過(guò)程同連續(xù)油管作業(yè)及電潛離心泵維護(hù)作業(yè)相對(duì)比，根據(jù)工藝的普適性及特殊性，制定完成《潛油電動(dòng)柱塞泵使用規(guī)范》、《玻璃鋼敷纜復(fù)合連續(xù)油管起下作業(yè)規(guī)程》、《玻璃鋼敷纜復(fù)合連續(xù)油管修井井控補(bǔ)充條款》，并形成相應(yīng)的管理規(guī)定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次驗(yàn)證后予以發(fā)布、遵照?qǐng)?zhí)行，實(shí)現(xiàn)了敷纜管井日常管理、修井作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。②改進(jìn)打撈工具、完善敷纜管沖砂管柱。實(shí)施改進(jìn)前，一些砂卡、斷脫井的處理流程是：使用敷纜管作業(yè)車(chē)上提管柱，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后搬家，上常規(guī)修井車(chē)，處理問(wèn)題，搬家，上敷纜管作業(yè)車(chē)下放管柱。多出兩次搬家，大大的增加了施工難度及施工周期。實(shí)施改進(jìn)后，單井至少節(jié)省施工周期1天，施工難度也大大減輕，敷纜管井的可靠性得到了較大提升。

3）加強(qiáng)施工及后勤保障。敷纜管井修井在國(guó)內(nèi)尚屬首例，其作業(yè)人員來(lái)自于小修、連續(xù)油管行業(yè)，通過(guò)對(duì)規(guī)范、規(guī)程、管理規(guī)定的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，使人員補(bǔ)完相應(yīng)知識(shí)，提高其施工水平，杜絕安全及環(huán)保事件。同時(shí)督促施工單位在修井過(guò)程中完善其后勤保障能力，包括配套車(chē)輛、排液罐、備件等的準(zhǔn)備，保證施工作業(yè)的連續(xù)性。

4）形成獨(dú)屬的故障判斷及排除方法。對(duì)比敷纜管井與抽油機(jī)井的工藝差異，對(duì)原有的油井故障判斷方法進(jìn)行改進(jìn)，形成了獨(dú)屬于敷纜管井的故障判斷及排除流程，并在今后的現(xiàn)場(chǎng)管理中逐步完善該方法。

5）加強(qiáng)主體責(zé)任落實(shí)。通過(guò)對(duì)故障井的原因進(jìn)行深入細(xì)分，對(duì)涉及的主體責(zé)任進(jìn)行落實(shí)，形成相應(yīng)的管理制度。督促各責(zé)任主體對(duì)工藝、對(duì)管理進(jìn)行整改，舉一反三，杜絕了類(lèi)似問(wèn)題再發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)系統(tǒng)工程理論與應(yīng)用研究的創(chuàng)導(dǎo)人錢(qián)學(xué)森提出：可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，生產(chǎn)出來(lái)的，管理出來(lái)的。在敷纜管井一年半的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用質(zhì)量可靠性工程技術(shù)，不斷地完善、補(bǔ)完這種新工藝的質(zhì)量管理體系，提高敷纜管井的可靠性，保證了油田的穩(wěn)產(chǎn)，促進(jìn)了新技術(shù)的發(fā)展。