西江油田高温大排量电泵设计改进及优化管理技术

杜河泉，徐应波，陈 瑜

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳518067）

随着电潜泵排量的逐渐升高，油藏出砂越来越严重，同时由于油藏温度较高，生产井检泵周期短的问题越来越突出。为了解决这一矛盾，管理层提出了“高温大排量电泵设计改进及管理优化”的技术攻关，以期提高电潜泵寿命。

1 背景及挑战

西江油田包括西江24－3和西江30－2两个油田，位于中国南海海域，是中海石油与美国Phillips石油公司共同合作于1994年开发投产的。按照双方合同协议，合作期到2010年底结束。由于长期高速开采使油层大量出砂从而造成对电潜泵运行寿命的严重影响。

在西江油田开发早期，完井方式主要为砾石充填，其主要优点是防砂性能好，有利于电潜泵运行，其缺点是生产压差损失大，生产指数小，不利于下大排量电潜泵生产。在此时期电潜泵排量都很小，一般为4200～8400桶／日。但由于海上生产的特殊性，尤其是油田生产到了中后期，太低的液量生产也不切实际。为了加快西江油田开发速度，缩短开发周期，提高经济效益，有必要而且必需提高单井排量。另一方面，随着西江油田的开发生产，含水率上升，产油率下降，为了稳产增产和提高采收率，也有必要提高单井排量。为实现这一目的，必需改变早期的完井方式。因此在西江油田开发的中后期，完井方式主要为筛管防砂和套／尾管射孔，其主要优点是生产压差损失小，生产指数大，有利于下大排量电潜泵生产。其主要缺点是防砂性能不如砾石充填，使电潜泵运行寿命缩短。因此在西江油田开发生产的中后期，所下电潜泵的排量越来越大，单泵排量从1300 m3／d大规模提升至2450 m3／d和3200 m3／d，最大提升至4300 m3／d。

随着西江油田举升液量的大幅提升，生产条件变得更为恶化，由于高排量带来的高流速，因此造成生产井出砂严重，电潜泵、生产管串和套管冲蚀严重，同时高流速和砂的共同作用使得冲蚀加剧。另一方面，随着西江油田的生产进入中后期，生产井含水率急速上升，腐蚀问题日益凸现并随着举升液量的提升而加剧。所有这一切为西江油田的电潜泵管理带来巨大挑战。为此，西江油田在电潜泵管理方面勇于探索、大胆尝试，为电潜泵在诸如高井温、出砂严重、高含水率、高排量及含腐蚀性二氧化碳气体等恶劣环境下的应用开辟了一条新的路径，积累了可贵的经验，对其他油田的电潜泵应用具有一定借鉴作用。

2 工作思路

面对这种挑战，西江油田既无国内成功经验可供借鉴，也无国外大排量泵应用的实例可供参考，唯有通过全面分析西江油田电潜泵故障和电潜泵的运行工况，找出电潜泵失效的根本原因，探索出一条自己的有效的解决之道。经过艰苦卓绝的不懈努力，西江油田探索出一条有效的“加强管理，双手齐抓”的电潜泵管理方针。

加强管理就是在上级管理层的重视和大力支持下，加强电潜泵管理团队的建设，组建电潜泵管理团队专门负责一切与电潜泵有关的工作，消除“多头管理，无人管理”的局面。双手齐抓就是一手抓电潜泵运行管理，一手抓电潜泵故障管理，两项工作齐头并进互相交融地进行的电潜泵管理模式。

根据上述方针，以提高电潜泵寿命为核心，在充分地分析了电潜泵运行和故障的基础上，西江油田制定了下列措施贯彻实施于每台电潜泵从设计安装到寿命终止的各个环节，电潜泵运行管理如图1所示，电潜泵故障管理如图2所示。

图1 电潜泵运行管理

图2 电潜泵故障管理

3 实施措施

3.1 成立电潜泵工程组

由于西江油田管理层深刻认识到电潜泵对一个油田的生产管理和成本控制起着相当重要的作用以及对电潜泵管理工作的重视，为了加强电潜泵工作的管理和提升电潜泵的寿命，西江油田管理层决定成立电潜泵工程组，并选拨既具有多年电潜泵现场工作经验和管理经验又具有多年其他领域工作经验的人员——因为电潜泵是一个综合型的涉及到电气、机械、流体、油藏、钻完井等多学科的系统工程。该电潜泵工作组于2008年1月初组建完毕，电潜泵工程组专门负责一切与电潜泵有关的全面工作，这为电潜泵管理优化提升奠定了良好的基础。

3.2 实现电潜泵的启动／关停最优化

对于延长电潜泵运行寿命来说，电潜泵的启动和关停扮演着极其重要的角色。它并不象开灯、关灯只需“按一下按钮”那么简单，它需要相关的人员进行紧密合作，共同来完成一个成功的电潜泵启动／关停过程。为了达到这个目的，笔者优化／完善了电潜泵的启动／关停程序，并提供给相关人员参照执行。

此外，通过分析发现硬启动（直接启动至工频）对电潜泵寿命的影响很大。为消除其影响，实现电潜泵的软启动，西江油田对2个平台的电潜泵驱动设备进行改造并增加热切换设备：即先通过变频器的软启动将电潜泵启动起来并逐步调速至工频，再通过热切换设备将电潜泵在不停机的情况下切换到工频变压器驱动。和每台电潜泵用一台变频器启动／驱动相比，该改造投资省，占地少，效果好，可实现一台变频器启动多台电潜泵的功能，这一创新工作管理模式开创了中国海上油田生产的先例，为海上在生产老油田升级改造创出了一条新路。

3.3 故障电潜泵解体检测和失效根源分析及改进

西江油田对出现故障的电潜泵做了大量有针对性的解体检测及失效根源分析工作，并根据拆泵得出的结论、西江生产理念、油藏特征以及油井结构特点，在电潜泵的电气、机械及材料方面做了大量的改进／升级工作，收效明显。

1）电潜泵外壳材料的升级 电潜泵外壳对电潜泵的保护作用不可小视，是保护电潜泵的第一道防线。一旦外壳穿孔，井液进入电潜泵，就会即刻引起电潜泵故障。通过电潜泵解体分析，发现相当数量的电潜泵失效是因为电潜泵外壳在高流速、高含水的井液冲／腐蚀作用下穿孔造成的。为此所有电潜泵的外壳（马达、马达保护器、泵）材料都从普通的碳钢升级到以铁酸盐为主要成分的特种钢材，效果大为改观。

2）电潜泵马达轴承衬套的升级 通过对烧坏的马达进行解体分析，发现马达轴承衬套磨损严重，从而引起马达转子扫膛至马达烧坏较多。针对这一问题，对马达底部轴承衬套由普通合金升级为耐磨的碳化钨，增加马达转子的稳定性，从而降低马达在长期运转后转子扫膛的机率。

3）泵体升级改造 通过对泵体进行解体分析，发现泵的叶轮磨损严重。其中尤以径向磨损危害最大，当井液中的砂子进入叶轮与泵轴间的间隙后，这种径向磨损会加剧，并引起叶轮工作不平衡和强烈振动，从而导致叶轮过早损坏。针对径向磨损的问题，研究后提出了升级方案：每两级叶轮增加一个抗磨模块，后来又由每两级改为每级叶轮增设一个抗磨模块，以延长泵的寿命。针对上下止推磨损，通过加强生产管理和日常电潜泵工作状况／产量优化来防止。采取这些措施后，泵的磨损状况得到大幅改善。

4）马达保护器的改造 通过对失效马达保护器和马达的解体分析后发现，马达烧坏是因为马达保护器的失效而引起。其根本原因是马达保护器内的胶囊破裂，从而使井液进入胶囊然后进入马达，导致马达绝缘油绝缘性能下降、马达烧毁。马达保护器的作用之一就是保持马达内部压力与井筒间的压力处于动态平衡状态。当胶囊过度膨胀后，其危害之一是致使胶囊破裂，导致井液进入马达；其危害之二是堵塞马达保护器交流孔，从而破坏马达内部与井筒间的压力平衡。

对此，改进措施是在马达保护器的胶囊前端部安装一块圆型金属板（见图3），既能防止交流孔被堵，又能防止胶囊过度膨胀。该方案在美国通过实验室测试并确认有效后，已经应用在深锤公司马达保护器中，对延长电潜泵寿命有非常大的帮助。

图3 马达前端安装一块金属板

3.4 对电潜泵供应商引入竞争机制

从1994年开始，西江油田使用的电潜泵，都是深锤公司一家的电潜泵。为了延长电潜泵寿命、提高电潜泵供应商的服务水平和质量，战略措施之一就是有必要对电潜泵供应商引入竞争机制。为了实施此战略，西江油田通过招投标的形式于2007年与斯伦贝谢雷达电潜泵公司正式签订合同引入了雷达电潜泵供应商，并且从2008年开始，这开创了延长电潜泵寿命的关键转折点和新时期。通过引入竞争促使深锤公司和雷达公司提供更好的服务、更优质的设备、以及更合理的设备和服务价格，从而更有利于西江油田的长远发展。

4 结 语

在毫无国内外成功经验可供借鉴的条件下，西江油田在电潜泵管理工作中充分发挥了勇于探索、敢为天下先的海油人精神，成功摸索出了一条大排量电潜泵在恶劣环境下应用的管理模式。这种精神和经验值得在海油的其他项目和工作中推广和分享。对于南海海相砂岩油田，在开发生产的中后期，为了持续稳产、缩短开发周期和提高经济效益的目的，就必须提高电潜泵排量实现高速开采、少井高产的战略。西江油田的成功经验充分证明了该战略的正确性和可执行性，为海相砂岩油田实现高采收率打下了坚实的基础；对南海矿区其他油田的开发具有很好的借鉴作用。