水源井的故障及維護(hù)探討

鄭艷芬，馮松林，夏 勛，孟令浩，陳 立

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西定邊 718600）

1 水源井基本概況

胡尖山油田位于陜西省定邊縣境內(nèi)，地處鄂爾多斯盆地西部，是典型的低壓油藏，有“磨刀石”之稱，需進(jìn)行持續(xù)、高效注水，才能實(shí)現(xiàn)有效開(kāi)發(fā)，而注水開(kāi)發(fā)前提是水源充足，保證“注夠水”。該區(qū)屬內(nèi)陸干旱型氣候，風(fēng)多雨少，由于地表水匱乏，全部采用地下水取水方式，目前在用有水源井91口，日供水量10 788 m3。

1.1 水源井井身結(jié)構(gòu)

胡尖山油田水源井開(kāi)采層位主要是華池組和宜君洛河組，全部采用“篩管+裸眼”礫石填充的完井方式，井深 700～1 100 m，井身結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

1.2 地貌及水文地質(zhì)概述

區(qū)域內(nèi)地形復(fù)雜、溝谷縱橫、梁峁交錯(cuò)，地面海拔1 400～1 800 m，該區(qū)氣候變化幅度大，屬典型的內(nèi)陸干旱型氣候，四季分明，年平均氣溫7～12℃，平均降水量400～600 mm，大部分集中在7～9月，冬春干旱，且有風(fēng)沙、寒潮侵襲，自然環(huán)境比較惡劣。

主要含水層有白堊系環(huán)河組、華池組和宜君洛河組，上部黃土覆蓋層厚，開(kāi)采條件差。

環(huán)河組裂隙含水層，巖性為一套灰綠色砂質(zhì)泥巖夾薄層粉細(xì)砂巖，水平層理發(fā)育，巖性致密。為下伏白堊系華池組含水層的隔水頂板，為裂隙含水層，因儲(chǔ)水性和含水性差，一般不具有大規(guī)模工業(yè)開(kāi)采價(jià)值，厚度約 250～302 m。

華池組孔隙裂隙含水層，巖性為紫紅色粉細(xì)砂巖與泥巖互層，夾薄層中細(xì)砂巖，巖性致密，含水性差，為區(qū)域重要含水層，厚度在222 m左右。

宜君洛河組孔隙含水層，巖性為一套棕紅色中粗砂巖夾泥巖，斜層理、交錯(cuò)層理發(fā)育，富水性和滲透性均較好，為本區(qū)主力開(kāi)采層，厚度在160～450 m左右。

2 研究必要性

隨著開(kāi)采量的不斷增大，A17S1、A17S2、A8S1、A36S2、A8S3、H151S1、Y166S1、Y166S2、H154S1、H154S24、H154S26等 11口井產(chǎn)水量遞減明顯，A201S5出砂停用，H154S8泵落井，造成A8、A21、胡154等區(qū)塊水源緊張，因此對(duì)水源井故障原因加以探討,尋求恢復(fù)水源井產(chǎn)水量的方法迫在眉睫。

3 水源井故障原因分析及修復(fù)

3.1 水源井故障原因分析

水源井在使用過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)水量逐漸減少的現(xiàn)象，其原因很多，問(wèn)題也較復(fù)雜。通常故障有水源和井筒兩方面的原因。

水源方面的原因主要是因?yàn)閰^(qū)域水位下降而使井筒出水量減少,這種情況一般發(fā)生在長(zhǎng)期大量開(kāi)采的地區(qū)。井筒方面的原因主要有三方面，一是出砂；二是井內(nèi)落物；三是抽水設(shè)備故障。

出砂：水源井抽水時(shí)，水中含有懸浮性顆粒過(guò)多的現(xiàn)象稱為井體出砂，出砂是井體出現(xiàn)問(wèn)題的前兆之一。出砂位置多在井管的連接處、變徑處、濾水管局部損壞處、泵頭或泵管法蘭位置、動(dòng)水位附近位置。導(dǎo)致井體出砂的原因可能有多種：（1）礫料不到位，因投放礫料中出現(xiàn)架橋現(xiàn)象，使得礫料部分或全部不能投放到過(guò)濾器部位，即：不能形成人工過(guò)濾層，出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，地下水中的粉細(xì)砂粒透過(guò)濾水器進(jìn)入井內(nèi)，淤積、沉淀，埋沒(méi)部分濾水器，使水井開(kāi)始水量大，隨著使用水量越來(lái)越小；（2）固井質(zhì)量不合格或套管破損。

井內(nèi)落物：常見(jiàn)井內(nèi)落物是泵頭、泵管、泵軸、電纜、磚塊、混凝土塊以及各類工具，落物卡在變徑處，造成水源井不能正常使用，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致水源井報(bào)廢。

抽水設(shè)備故障：常見(jiàn)電機(jī)燒，泵進(jìn)口堵，電纜老化等情況，造成水源井不出水。

3.2 故障水源井恢復(fù)途徑

3.2.1 針對(duì)出砂治理途徑 針對(duì)出砂問(wèn)題，主要推行優(yōu)化參數(shù)和大修等措施。2008-2012年，對(duì)H201S2、H154S18水源井進(jìn)行大修，恢復(fù)產(chǎn)水量；對(duì)A19S1、A19S2水源井進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，出砂現(xiàn)象得到治理。以H201S2、A19S1水源井為實(shí)例如下。

H201S1出砂水源井治理途徑：2011年11月10日投運(yùn)，產(chǎn)水量18 m3/h，每天運(yùn)行時(shí)間13～14 h，運(yùn)行1個(gè)多月，累積產(chǎn)水量17 428 m3。于2011年12月22日發(fā)現(xiàn)出砂嚴(yán)重，造成過(guò)濾器堵塞，泵不上量，停用。

治理途徑：一是確定篩管位置，在實(shí)管處射孔，二是在井內(nèi)做塞子，用水泥車將水泥注入并憋壓，將水泥擠進(jìn)外環(huán)空，將流沙層封死。

效果：該水源井施工完后，恢復(fù)日常產(chǎn)水量18 m3/h。

A19S1出砂水源井治理途徑:現(xiàn)狀：A19S1水源井出砂嚴(yán)重，泥砂進(jìn)泵導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載，電機(jī)每3個(gè)月燒毀1次停用。

治理途徑：合理調(diào)整該區(qū)塊水源井運(yùn)行時(shí)間，將該井日運(yùn)行時(shí)間由12 h改至7 h，產(chǎn)水量由20 m3/h控制到15 m3/h。

效果：運(yùn)行半年未出現(xiàn)故障，有效節(jié)約了修井費(fèi)用。

3.2.2 針對(duì)井內(nèi)落物治理途徑 針對(duì)井內(nèi)落物問(wèn)題，我們主要選擇合適的打撈工具和打撈方法，常用的打撈方法有沖抓錐打撈和磁力器打撈法，對(duì)無(wú)法采用現(xiàn)有的打撈工具進(jìn)行打撈落物時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，采用自制工具打撈。同時(shí)利用檢泵機(jī)會(huì)，推行電機(jī)防落井保護(hù)裝置，截止目前，共有15口水源井采取防落井保護(hù)裝置，均未發(fā)生電機(jī)、泵落井現(xiàn)象。以H117S1水源井為實(shí)例如下。

現(xiàn)狀：H117S1水源井于2012年3月21日電纜斷落井停用，多次撈物均未成功。

治理途徑：通過(guò)多次試驗(yàn)，研制出外勾打撈工具，將電纜打撈出來(lái)。

效果：H117S1水源井恢復(fù)正常生產(chǎn)。

圖2 外鉤打撈工具

3.2.3 針對(duì)抽水設(shè)備故障治理途徑 抽水設(shè)備在運(yùn)行中，難免會(huì)發(fā)生故障和損壞，以致不能供水，主要現(xiàn)象是電機(jī)燒，泵軸斷、泵進(jìn)口堵等，采用如下排除方法（見(jiàn)表1）。

3.2.4 水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀的應(yīng)用 水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀可以根據(jù)水源井產(chǎn)水能力自動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)智能間開(kāi)，避免水源井干抽和疲勞運(yùn)行，在卡泵、過(guò)載、電路故障時(shí)自動(dòng)停抽，從而避免發(fā)生抽水設(shè)備故障。

水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀主要功能有：（1）抽空自動(dòng)停機(jī)?？刂苾x能夠自學(xué)習(xí)自適應(yīng)啟、停潛水泵時(shí)間，智能運(yùn)行，安全、可靠；（2）具有卡泵、過(guò)載、缺項(xiàng)、短路、卸載等保護(hù)功能，出現(xiàn)故障后自動(dòng)停機(jī)、報(bào)警；（3）停電參數(shù)保留，來(lái)電自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了產(chǎn)量損失；（4）LED顯示屏顯示內(nèi)容全面及時(shí)，包括時(shí)間、電流、電壓、功率、流量、開(kāi)機(jī)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間等，方便隨時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行工況。

表1 故障及排除方法

2008-2012 年，分別對(duì) Y120S5、H130S1、A21S4 等5口產(chǎn)水低的水源井安裝水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀，該5口水源井未發(fā)生故障。磚井作業(yè)區(qū)安201區(qū)塊、A17區(qū)塊、安83區(qū)塊34口水源井全部安裝水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀，2012年1月-2012年8月只檢泵2井次，平均半年檢泵率降為6.0%，水源井非正常損壞率降低，檢泵周期延長(zhǎng)，運(yùn)行良好，收到了預(yù)期的效果。

4 認(rèn)識(shí)及建議

4.1 認(rèn)識(shí)

（1）水源井故障多為水源井鉆井和維護(hù)作業(yè)施工質(zhì)量差、運(yùn)行管理不當(dāng)造成；（2）水源井鉆井、完井時(shí)施工隊(duì)伍未按設(shè)計(jì)施工，使用材料不合格，偷工減料，都可能造成后期水源井出砂；（3）水源井維護(hù)作業(yè)時(shí)施工隊(duì)伍操作管理不當(dāng)，很容易造成電機(jī)、泵、電纜、管柱及其他雜物落井而造成嚴(yán)重事故，下入前未對(duì)抽水設(shè)備進(jìn)行合格檢查，搬運(yùn)和下入過(guò)程中對(duì)抽水設(shè)備未采取適當(dāng)保護(hù)措施，使電機(jī)和泵磕碰、電纜摩擦破損，后期生產(chǎn)中很容易發(fā)生抽水設(shè)備故障；（4）水源井生產(chǎn)時(shí)未能掌握水源井產(chǎn)水能力，使用過(guò)大排量電潛泵，間開(kāi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致供液不足泵空抽，電機(jī)疲勞運(yùn)行，可能引起水源井出砂，從而導(dǎo)致泵故障；而且員工沒(méi)有按要求監(jiān)測(cè)水質(zhì)，水源井出砂時(shí)未及時(shí)采取合理措施，引起水源井卡泵、泵堵、過(guò)載，從而導(dǎo)致水源井電機(jī)、電纜等損壞。

4.2 建議

降低水源井故障率，延長(zhǎng)水源井使用壽命，要以防為主，以治為輔。

（1）水源井完井、維護(hù)作業(yè)過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理，按設(shè)計(jì)規(guī)范施工，對(duì)所有材料把好質(zhì)量關(guān)并做好保護(hù)措施，杜絕野蠻施工。

（2）掌握水源井固井質(zhì)量、使用期限、抽水設(shè)備、取水量、產(chǎn)水能力及是否出砂，選擇合適排量的電潛泵，制定合理的間開(kāi)制度。

（3）嚴(yán)密監(jiān)測(cè)水源井水質(zhì)、電流、電壓變化，掌握出砂量，根據(jù)水質(zhì)、電流、電壓變化制定水源井合理的檢泵周期。

（4）所有水源井檢泵時(shí)安裝防落井保護(hù)裝置，避免降低電機(jī)、泵落井事故。

（5）推廣應(yīng)用水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀避免水源井因干抽、過(guò)載、砂卡等原因造成的水源井電潛泵故障問(wèn)題。

（6）加大水源井?dāng)?shù)字化建設(shè)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水源井遠(yuǎn)程監(jiān)控電流、電壓、排量和回壓，遠(yuǎn)程啟停等功能，以滿足胡尖山油田數(shù)字化管理下井場(chǎng)無(wú)人值守需求，并降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)能降低生產(chǎn)成本。

（7）建議對(duì)出砂水源井A201S5進(jìn)行出砂治理，沖砂洗井，減小泵深，降低生產(chǎn)參數(shù)；對(duì)落物H154S8水源井選擇合適的打撈工具或自制打撈工具及合適的打撈方法來(lái)打撈落物；對(duì) A17S1、A17S2、A8S1、A36S2、A8S3、H151S1、Y166S1、Y166S2、H154S1、H154S24、H154S26進(jìn)行檢泵，探液面，查明產(chǎn)液量減少的具體原因，優(yōu)化水源井生產(chǎn)制度，并且推廣使用水源井自動(dòng)保護(hù)智能控制儀，應(yīng)用水源井遠(yuǎn)程監(jiān)控和啟停數(shù)字化功能。

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