吳碧常

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

我國(guó)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(jī)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(guó)潛油電泵井已達(dá)8000 余口，約占機(jī)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(jí)離心泵（混流式泵），工藝閥組，潛油電機(jī)，變壓器，變頻器，配電柜，保護(hù)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(jì)、分析、遠(yuǎn)傳程序，故障診斷、分析程序等。其中泵揚(yáng)程、排量及電機(jī)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(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）排液量大是潛油電泵系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)，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(jī)位于井下，噪音小，同時(shí)易于管理，操作簡(jiǎn)便。

（4）具有廣泛的適應(yīng)性，無(wú)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(cè)試裝置，并通過(guò)電纜將測(cè)試信號(hào)傳遞到地面，進(jìn)行測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)，但投入費(fèi)用較高。

（8）免修期較長(zhǎng)，油井生產(chǎn)時(shí)效相對(duì)比較高。

2.2 缺點(diǎn)

（1）潛油電泵下入深度受電機(jī)額定功率的限制，套管尺寸和井底高溫時(shí)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(jī)，會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。

（2）由于多級(jí)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(fèi)用較高。如果需要搞腐蝕或耐高溫，則費(fèi)用會(huì)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(jìn)行修理，導(dǎo)致作業(yè)費(fèi)用增加和停產(chǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（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(jī)損害。高氣油比會(huì)使升舉故障降低，而且會(huì)因氣鎖使泵發(fā)生故障。

（5）動(dòng)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(jī)深井泵等其它機(jī)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(shì)，但受惡劣的井下環(huán)境、制造原材料局限性的影響及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，系統(tǒng)會(huì)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(yáng)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(shí)，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(yùn)行中發(fā)生過(guò)載

引發(fā)潛油電泵系統(tǒng)過(guò)載的原因一般有：（1）電機(jī)中進(jìn)入井液引起的過(guò)載，如電機(jī)殼體腐蝕破損、電機(jī)電纜接頭部位密封不嚴(yán)。（2）系統(tǒng)保護(hù)器突然失效。（3）井液粘度、密度等參數(shù)比預(yù)測(cè)值大。（4）電機(jī)啟停過(guò)程中瞬時(shí)電流過(guò)大或供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)過(guò)大引起絕緣層老化或擊穿。（5）由某些原因引起的電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，造成系統(tǒng)過(guò)熱，絕緣層損壞。（6）由出砂引起泵卡及井下作業(yè)過(guò)程中造成的電纜機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)管理過(guò)程中，除了一些日常檢查和應(yīng)急故障處理，還應(yīng)通過(guò)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視系統(tǒng)，對(duì)潛油電泵系統(tǒng)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、工作環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，采取相應(yīng)措施，規(guī)避故障風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)油井套管內(nèi)氣體，合理排放，確定適當(dāng)?shù)奶讐褐?，重點(diǎn)關(guān)注電流卡片上的電流波動(dòng)范圍，分析反應(yīng)泵效的特性曲線，使系統(tǒng)盡量在設(shè)計(jì)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(dá)到飽和蒸汽壓，氣體從井液脫離形成游離氣體，同時(shí)，在一定壓力下，井液溶解部分氣體，進(jìn)入電泵氣體量達(dá)到一定數(shù)值，使系統(tǒng)出現(xiàn)欠載停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)加大。電泵井內(nèi)井液進(jìn)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(shí)，超過(guò)了分離器的處理能力，就會(huì)使大量氣體隨井液一起進(jìn)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(dá)到或接近經(jīng)計(jì)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(zhǎng)電泵系統(tǒng)的使用壽命，降低采油成本。

潛油電泵采油過(guò)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(shí)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(wú)法設(shè)計(jì)一套統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(jìn)行整定。油田電泵井實(shí)際生產(chǎn)中一般是通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定電泵井套壓值，并通過(guò)產(chǎn)液量、壓力及電流的變化來(lái)檢驗(yàn)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(lái)，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(shí)記錄下5 組對(duì)應(yīng)的產(chǎn)液量，并根據(jù)多次反復(fù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)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(shí)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(shí)填寫其運(yùn)轉(zhuǎn)記錄卡片，內(nèi)容包括：油井編號(hào)、電泵系統(tǒng)廠家、型號(hào)、施工時(shí)間、泵掛深度、投產(chǎn)時(shí)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(dòng)繪制，正常情況下是一條對(duì)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(shí)際功率≤額定功率，實(shí)際電流值在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)，并接近額定電流值。如果實(shí)際電流值超過(guò)規(guī)定范圍的極限值或在保護(hù)器作用下系統(tǒng)停止運(yùn)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(yáng)程H、功率P 及效率η 等4 個(gè)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(yán)格來(lái)說(shuō)，每臺(tái)潛油電泵都有特定的特性曲線，在潛油電泵特性曲線上，對(duì)應(yīng)任意流量點(diǎn)都可以找到一組與其相對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、軸功率和效率值，通常把這一組相對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱為工況，其對(duì)應(yīng)最高效率點(diǎn)的一組工況稱為最佳工況。在生產(chǎn)實(shí)踐中，潛油電泵的運(yùn)行工況點(diǎn)是通過(guò)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(shí)，使泵在高效區(qū)運(yùn)行，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)和安全。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)我國(guó)油田的特殊情況，潛油電泵采油優(yōu)勢(shì)明顯，電泵井?dāng)?shù)量逐年增加。近年來(lái)我國(guó)潛油電泵在研發(fā)、設(shè)計(jì)、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(zhǎng)。針對(duì)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?jī)?yōu)勢(shì)，可有效提高油井產(chǎn)量及采收率。