潛油電泵運行故障分析及處理實踐

杜圣道

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

潛油電泵是在井口下工作的多級離心泵，同油管下入井內，地面電源通過潛油電泵專用電纜輸入井下電機，使電機驅動多級離心泵旋轉，將井下液體輸送至地面。潛油電泵由三大部分組成，其中井下部分為：多級離心泵、電機、保護器、分離器，中間部分為電纜，地面部分包括控制屏、變壓器、接線盒，詳見圖1。因此，熟悉潛油電泵井故障的一般分析方法，掌握常見故障分析及重點處理內容，理解故障原因驗證方法的關鍵點，是現(xiàn)場管理人員必備的技能。

1 常見故障現(xiàn)象分析及處理

潛油電泵故障分析，首先從故障現(xiàn)象剖析可能產生的原因，再進行檢查試驗驗證分析，確定了故障原因后可采取針對性措施，有效解決故障。

1.1 機組無法啟動

機組不能啟動故障通常為電氣類故障，一般發(fā)生在鉆完井后開井，或運行中突然停機，啟動電泵時機組不能啟動的情況下。如果是電源、變壓器、控制線路故障或參數(shù)設置不正確，可通過檢查電氣故障及參數(shù)設置來驗證故障原因，檢修或更換故障元件即可解決故障。如果因電纜或電機絕緣破壞或短路，則可通過測量三相直阻和對地絕緣電阻來驗證，更換電纜、電機即可解決故障。

1.2 運行電流偏高或過載

運行電流偏高一般是電機負載增大，嚴重時可能過載停機。在生產實踐中，造成電機負載的原因較多。

（1）可能機組在彎曲井段，需要查閱鉆完井檔案資料，重點關注狗腿度，可通過修井，調整泵掛深度來降低電機負荷。

（2）可能井液粘度或密度過大，或井液中含有泥沙等雜質，可通過取樣化驗井液組分參數(shù)及含砂情況，或可嘗試壓井或反轉，或可改用其它方式生產。

（3）如果死油過多，壓井液未替噴干凈或長時間停井、鉆完井后開井時，也可能發(fā)生；可通過熱洗或柴油替噴。

（4）井下單流閥漏失，油管中產生真空；可通過往油管灌液試壓驗證；修井維修單流閥，測試單流閥密封面的密封性滿足要求即可。

1.3 運行電流偏低或欠載

運行電流偏低通常會出現(xiàn)產液量下降，嚴重時可能欠載停機。造成電機電流偏低的原因主要有以下三個方面。

圖1 潛油電泵結構示意圖

（1）泵或分離器軸斷：此時會發(fā)現(xiàn)產液量大幅下降，并且井口存在憋不起壓的現(xiàn)象。這種情況只能修井或者換泵來解決。

（2）氣體影響（脫氣嚴重、動液面過低或分離器故障）：檢查電流卡或歷史曲線，是否存在氣體影響。適當放套管氣，或起出檢查更換分離器、加深泵掛等。

（3）地層供液不足或堵塞：泵入口壓力會呈下降趨勢，可通過關小油嘴、間歇開采、換小排量泵、注水、或酸化壓裂方式嘗試解堵。

1.4 泵排量低

潛油電泵井故障最直觀的表現(xiàn)就是產量下降，泵排量低甚至為零。如果泵負荷下降并呈現(xiàn)電流偏低的現(xiàn)象，主要有如下原因：

（1）泵的轉向不正確，可重新測試正反轉，調整相序使泵正轉。

（2）如果井下管柱漏失或Y-TOOL 堵頭漏，泵入口壓力上升，憋不起壓。鋼絲作業(yè)檢查更換Y 堵，或修井檢查更換管串。

（3）如果泵葉輪腐蝕、磨損或泵吸入口堵塞，則泵出口和入口壓差降低，只能修泵。

（4）如果地面管線或井下管柱堵塞，泵出口壓力上升、回壓上升，說明地面管線堵塞?；貕航档驼f明井下管串堵，可通過檢查閥門、活動油嘴、檢查井下安全閥或熱洗。

（5）活動葉輪磨損時，活動葉輪的潛油電泵能夠減輕電機軸向受力，應用越來越多，此類泵如果沒有在正常范圍工作，會出現(xiàn)葉輪磨損，導致泵排量下降。

（6）井下單流閥漏失時，使用壓井管線或臨時管線向油管串灌液并加壓，然后關閉壓井閥，如果井口壓力不較快上升或下降，說明單流閥漏失嚴重，需要修井。另外，泵或分離器軸斷、供液不足、氣體影響等參考電流偏低故障處理。

2 特殊故障排除法

上述常見故障現(xiàn)象是生產實踐中較容易辨別判斷的幾種類型，當然也有一些特殊的故障。具體故障如長距離輸電出現(xiàn)低次斜波電壓、峰值電壓、單流閥漏失、Y-TOOL管柱堵頭漏失、活動葉輪磨損等。

2.1 長距離輸電出現(xiàn)低次斜波、峰值電壓

長距離輸電在國際海域上也有很高的技術難點，本身就對變頻器及電泵性能要求更高，產生諧振諧波的風險會導致電泵發(fā)熱、線路過熱損壞并增加額外損耗，峰值電壓會導致電泵過電壓、絕緣受損，兩者都直接影響電泵平穩(wěn)運行及大大降低使用壽命，因此就需要我們更重點關注變頻器至電泵的長距離輸電運行狀態(tài)及各項參數(shù)的細微變化，始終使其運行在最佳工況狀態(tài)下。

長距離輸電重點關注及操作有如下幾點：

（1）實時關注電泵數(shù)據(jù)變化：進出口壓力、馬達溫度、震動、頻率、電壓、電流曲線值變化情況，并根據(jù)參數(shù)變化調整運行頻率。

（2）定期巡檢檢查變頻器進線側電抗器、輸出濾波電容器運行狀態(tài)，聲音、溫度是否異常變化。

（3）定期巡檢檢查變頻器整流器側、逆變側功率器件運行狀態(tài)，聲音、溫度是否異常變化。

（4）定期巡檢檢查變頻器進線隔離變壓器運行狀態(tài)，聲音、溫度是否異常變化。

（5）井下關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)需要定期遠程控制屏參數(shù)與變頻器本地參數(shù)進行核對校準，確定通信狀態(tài)良好。

（6）投產運行前需要重點關注變頻器額定參數(shù)的正確輸入及長距離電纜線損的壓降準確計算，并根據(jù)電泵額定值進行自整定。

（7）遠距離起動時泵的靜摩擦轉矩20%～30%需要考慮起動分析與仿真，因此變頻器應選用先進合理的、針對長距離電纜供電的特殊控制邏輯，且變頻器應具備電壓補償功能，以增強啟動時轉矩輸出，變頻器輸出側均需要考慮配置合適的濾波器進行濾波，確保電機端電壓/電流諧波含量在可接受范圍內，并抑制反射波和減小電壓變化率dv/dt。電壓源型變頻器運行頻率應盡可能運行在高位。

（8）長距離輸電會導致工頻過電壓，系統(tǒng)發(fā)生單相接地、兩相短路時，在短路故障切除前系統(tǒng)會發(fā)生過電壓或較大短路電流，因此要求變頻器具有快速切除故障的保護功能，包括單相接地短路保護、兩相短路保護、三相短路保護、過流保護、缺相、三相不平衡等。

（9）變頻器通過配置濾波裝置之后，系統(tǒng)反射波、dv/dt 等將會得到有效抑制。濾波裝置中電容應根據(jù)相應特性進行特殊要求設計，變頻器應對電容壽命及功能進行有效監(jiān)測。

2.2 測量絕緣或相間直阻測量

測量絕緣或相間直阻前需要斷電，并將電纜從接線盒處脫開。

（1）對地絕緣阻值測量，如果兆歐表顯示對地絕緣阻值接近零，說明電纜被擊穿或電機已燒毀。

（2）相間直阻測量，分別測量A-B、B-C、C-A 相間直阻，若三相間直阻值不平衡度>2%，說明電機已燒毀，禁止嘗試啟泵。

2.3 電流曲線特征分析

電流卡片的曲線特征能夠很直觀的反映電潛泵出砂、氣體影響及供液不足等情況，隨著油田開發(fā)數(shù)字化，可通過查看電流歷史曲線或虛擬電流卡進行分析。供液不足時，電流逐漸下降，直到欠載停泵。

3 結束語

面對復雜的井下電泵故障，從現(xiàn)象到原因剖析各種可能的故障原因，可以解決絕大多數(shù)生產問題。面對復雜特殊故障時，可采用團隊力量收集各種可能的原因，并將看似無序的原因整理歸納，找出各原因間的關聯(lián)性，再通過檢查鉆完井檢測數(shù)據(jù)、試壓數(shù)據(jù)，并結合現(xiàn)場試驗進行分析驗證，也是一種有效的故障排除法。特別是長距離輸電出現(xiàn)低次斜波、峰值電壓，屬于海域輸電領域的技術難題，更要重點關注變頻器至電泵的長距離輸電運行狀態(tài)及各項參數(shù)的細微變化，并適時調整，始終使其運行在最佳工況狀態(tài)下。