埕岛油田电泵井故障成因分析与措施探讨

文 // 和忠华 赵华 中国石化胜利油田分公司海洋采油厂

1 采油厂电泵举升现状

1.1 电泵举升现状

胜利油田海洋采油厂共有电泵井423口，开井360口；平均电机功率54.2kW、排量92.2m3、扬程1736.7m、泵挂1499.5m；平均日产液82.8t、产油20.6t、含水75.2%；平均泵效89.5%、检泵周期1555d。其中2年以上的井196口，占开井数的54.4%；5年以上的井47口，占开井数的13.1%。目前生产最长的CB251A-4井生产时间为4251天。

1.2 电泵机组配套

目前，海洋采油厂电泵井泵型主要以排量60～100m3为主，其中100m3排量为132口，占31.2%；60m3排量为105口，占24.8%；80m3排量为100口占，23.6%（表1）。100m3以上排量电泵自2009年海上提速提效开发以来逐步配套，目前占所有电泵井的比例为46.1%。

海洋采油厂管理着埕岛和新北两个油田，主要有馆陶组、明化镇等疏松砂岩油藏和东营组、潜山等高温油藏。针对疏松砂岩油藏，根据油井不同井况，配套的电泵机组主要有：耐砂加强型机组、耐砂加强型防垢机组、耐砂加强型宽流道机组、耐砂加强型防垢防腐机组和机组配套高效气液泵；针对高温油藏，主要以配套耐高温机组为主，对气液比小于50的井一般配套高效气液泵（表2）。

2 电泵井故障类型与成因分析

2009～2013年间，海洋采油厂电泵井故障躺井共188井次，通过对故障井在油井作业及解剖电泵等过程核实故障原因，分析故障躺井因素主要有：供排不匹配，占38.4%；长期出砂结垢，占33.8%；供配电不完善,占12.6%；管柱漏失等其他因素占15.2%。

表1 采油厂电泵排量比例统计表

表2 海上不同油藏、井况对应电泵配套

2.1 供排不匹配

近几年，海洋采油厂电泵井供排不匹配导致躺井的比例为38.4%。油层的供液能力越强，电泵机组的沉没度就得到了充分的保障，这样不但有利于机组、电缆的散热，减少电机绝缘老化速率，而且可使泵保证在最佳的排量范围内工作，维持较高的产量。供液强的电泵，还可使离心泵叶轮处于自由悬浮状态，上下导轮之间的摩擦力减少，电泵的泵效自然升高，使用期延长。反之，若泵的排量与地层供液能力配匹性差，泵的实际排量在泵最佳范围以外，泵的效能偏低，电机运行接近空载，得不到良好润滑和降温，这些井一般频繁欠载，故障表现形式为电机烧坏、电缆击穿。

目前，埕岛油田主体馆陶组生产井中低液井多，影响供排不平衡。有低液井有97口，占开井数的29.8%，平均单井日液27.7t，平均单井泵效42.5%。据统计2006年以来主体馆陶组油井测压结果显示，总井数103口（见表3），表皮大于10有26口井，占总井数的25.2%，实验表明表皮系数为10，对产能变化影响达到-54%。分析油井低液原因：一是钻完井工艺不配套，投产初期即低液；二是长期生产微粒运行近井堵塞导致低液。

2.2 长期出砂结垢

近几年海洋采油厂油井长期出砂结垢导致躺井的比例为33.8%。油井出砂严重制约着电泵井的使用，而埕岛油田早期注入地层的海水介质因矿化度差异反应形成结垢也会使离心泵轴承、叶轮、导轮磨损严重，甚至卡泵造成电机过载烧毁，加剧电机保护器密封轴承的磨损，加速电机的使用耗损。如果油井出砂或结垢比较严重，将会造成离心泵叶导轮流道的堵塞，井液流动阻力增大，泵轴和叶轮流道磨损加剧，使泵的排量直接受到较大影响，故障表现形式为电机烧坏、电缆击穿。

油井长期出砂结垢原因：一是防砂工艺不适应。过去埕岛油田主要采用一步法挤压充填防砂，对大斜度、长井段、多油层油井适应性差；二是井液矿化度高。埕岛油田早期注海水2800万m3，地层矿化度高,易结垢。

2.3 供配电不完善

近几年海洋采油厂供配电不完善导致躺井的比例为12.6%。目前胜利海上地面配电存在以下不足：一是陆地大网供电易闪停，统计2013年电网波动、线路闪停导致停井达23次，在未配备变频启动下容易造成开机瞬间电流过大而躺井。二是供电电压低，胜利海上平台一般按照1050V和1260V电压等级进行配置，对应电机额定电流分别为39A、46A、58A，海上1050V控制柜比例达32.9%，形成低电压高电流，影响电机使用寿命。三是实际电压比电机额定电压低，上游电网电压过低或电力输送损耗过大，电泵井电机实际工作电压可能低于电动机的额定电压，电机为了维持本身的磁动势平衡要保持功率不变所以电流增加，加速了电机绝缘老化，时间长就容易烧毁。

2.4 管柱腐蚀穿孔

完井管柱油管或工具发生腐蚀穿孔造成地层流体在井筒内循环，液面无法举升到地面。统计海洋采油厂近几年电泵井躺井故障原因分析，因油管或工具穿孔而躺井的比例为9.6%，平均下井时间仅806d。分析原因埕岛主体受早期注海水影响，部分油井产生H2S、CO2等腐蚀介质。

3 延长电泵井寿命的措施探讨

3.1 提高防砂质量避免携砂生产和砂埋

海洋采油厂埕岛油田和新北油田主要以疏松砂岩油藏为主，疏松砂岩油藏防砂是完井中最关键的环节，防砂质量对油井提液及稳产至关重要。馆陶组定向井现有主导防砂工艺为分层挤压充填+全井高速水充填防砂。分层挤压充填防砂以突破污染带为目的，扩大管外挡砂屏障，全井高速水充填防砂提高炮眼及环空的充填质量。目前防砂工艺基本适应现阶段生产需要，但对于长井段油井，全井高速水充填防砂无法保证炮眼及环空的充填密实程度。为进一步提高防砂质量，需要配套以下工艺：①配套分层挤压充填+分层高速水充填防砂工艺，该工艺目前已较成熟，防砂效果好，但费用高；②一次多层挤压充填防砂工艺，该工艺目前已在陆地试验应用，能节省一趟防砂施工，费用低。

表3 2006年以来主体馆陶组油井测压结果统计表（解释有表皮井）

3.2 改善水质减缓油井结垢趋势

海上油田由于长期注海水（累计注2800万m3）影响，增加地层流体矿化度，目前综合含水达到73.5%，油井结垢趋势普遍，会影响电泵井的使用寿命。目前海洋采油厂已经停注海水，主要以油井产液分离出的污水和同层水源井水为注入水，污水处理出站水质达标率高，但海上海管上下起伏达20m，拐点多，细菌等容易积攒滋生，导致水质沿程污染较大，从出站到井口悬浮物、含油量增加一倍以上。下一步将针对海上油田海管特点，开展酸液浸泡、气水脉冲扫线等海管冲洗新技术研究，以及开展水质药剂复配筛选，从而提高井口水质达标率。

3.3 根据提液需要进行举升配套

3.3.1 地面配电改造

胜利海上平台一般按照1050V和1260V电压等级进行配置，1050V只能匹配49kW电机，适应100m3以下电泵排量生产需要。今后海上定向井提液到150～200m3，水平井提液到200～300m3，需要更大的电机功率及更高的电压等级。经统计，目前海上共有186台1050V控制柜，占所有控制柜总数的32.9%，1050V电压等级配电系统需改造的工作量较大。

另外，改进电机额定电压和提高地面供电电压，保证高电压低电流运行，有效保护电机长时间运转。

3.3.2 配备变频控制柜

要解决油井阶段供排不匹配对电泵举升工艺的影响，可通过配套一对一的变频控制柜来实现供排匹配，从而提高电泵适应性和使用寿命。变频器能实现电机的低频启动，电机是慢慢加速起来的，工作频率不一定是额定频率，根据产液量设置或调整工作频率。目前海上变频控制柜有69台，占所有控制柜总数的12.2%，达不到生产需要。

3.3.3 引进电泵工况传感器

电泵工况传感器随完井管柱下入井筒内，在电泵机组下部。可以为日常管理提供实时准确可靠的电泵工作参数及井况参数，能监测井下温度、压力、震动等数据，根据所监测到的数据及时调节电泵的工作状态，实现地层产液能力与电泵排量相匹配，从而延长电机的使用寿命，确保油井合理开采。

3.4 优化机组提升电泵适应性

在满足当前油井工况及海上环境下，还需从材质选择、机组结构、加工质量等方面进行改进，提升电泵机组耐砂防垢防腐性能。主要做好以下优化：①防砂耐磨蚀潜油电泵机组通过在离心泵、分离器内使用高硬度的耐磨轴承，下步优化耐磨轴承材质，提高对含砂井液的适应性；②在离心泵导叶轮流道内喷涂防垢复合材料，涂镀防垢涂层隔离井液与金属表面直接接触，使矿物质不能在叶导轮表面形成垢层，下一步将优化喷涂防垢材料，使导叶轮表面不再结垢，从而起到防垢的作用；③采用不锈钢机组，机组头、座以及壳体均采用不锈钢材料以提高对腐蚀井况的适应性。

3.5 研究复杂工况下管柱延寿技术

要保障管柱长寿，需加大油井管柱腐蚀机理研究，从采出水高矿化度、腐蚀气体、管材材质等多方因素考虑，开展不同区块不同油藏类型油井产液腐蚀评价，通过室内实验和现场试验应用优化防腐材质及生产管柱，减少或抑制管柱腐蚀的问题发生。

3.6 加强地面管理合理调控

一是地质、工艺技术人员针对动、静态资料综合分析，细化注采调配工作，尽可能保证地层和电泵供排一致。二是加强电泵井日常管理，电泵井的开井、停井和日常维护是电泵管理的重要环节。例如对于出砂或结垢井，停井后开井前尽量反洗井，减少开井瞬间造成卡泵。三是合理调控生产参数，低油压、低电流运行能延长电泵寿命，对于有变频控制生产的油井，尽量采用大油嘴低频率生产。