潛油電泵落井原因及對策探究

王磊

（黑龍江省大慶市大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

當(dāng)前某油田某采油廠使用潛油泵進(jìn)行作業(yè)的油井有34口，平均每口井的油、液量達(dá)到，平均每口井采油量達(dá)，含水量高達(dá)98.5%，每口井的平均深度達(dá)469.6m，其中最多使用潛油泵進(jìn)行抽油作業(yè)的區(qū)塊為27口油井，占比為79.4%，這一區(qū)塊的石油儲存形式為油、水共藏，油井長期使用潛油泵進(jìn)行開采，油井的含水量不斷上升，油井下的環(huán)境不斷向著惡劣的方向發(fā)展，經(jīng)常在檢泵的工作環(huán)節(jié)中出現(xiàn)潛油泵落井事故。

1 潛油泵油井的結(jié)構(gòu)以及落井狀態(tài)的分析

1.1 常見潛油泵油井結(jié)構(gòu)

常見潛油泵油井結(jié)構(gòu)如圖1所示，潛油泵油井的組成有三部分：油井的下面設(shè)備、地面設(shè)備以及連接部分等。其中在油井的下面有潛油泵、油泵電機(jī)、油氣的分離裝置、電機(jī)的保護(hù)裝置等，根據(jù)實際情況的不同，井下這些設(shè)備會有所不同，油泵的級數(shù)也會不同。

圖1 常見潛油泵油井結(jié)構(gòu)圖

1.2 潛油泵落井以后在油井內(nèi)的狀態(tài)分析

潛油泵油井在運(yùn)行的過程里，發(fā)生落井的事故種類繁多，但是最具代表性的落井事故有兩種。

（1）油管斷裂導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生落井。其原因主要有在修井或維修潛油泵時，由于起泵時線卡脫落導(dǎo)致電纜大量堆積造成卡鉆，這時起泵力量過大將油管拔斷，使機(jī)組發(fā)生落井。另外是因為油管太深，在長期的工作中，油管蠕動使其發(fā)生疲勞以及油管在惡劣環(huán)境中工作使其腐蝕，最終油管發(fā)生脫斷使得機(jī)組發(fā)生落井。潛油泵油井落井后，在井里會堆積大量的電纜以及卡電纜的卡子，這為落井維修帶來非常大的困難。

（2）因為潛油泵轉(zhuǎn)子以及葉輪在工作過程中存在問題，在轉(zhuǎn)動的過程中出現(xiàn)削磨管壁的情況，當(dāng)管壁削斷后，機(jī)組會發(fā)生落井事故。這種落井在魚頂顯現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)，形式多樣，在魚頂?shù)纳厦骐娎|和卡子都非常少甚至沒有，可是因為魚頂顯現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)，又因為落井機(jī)組上的管柱非常短，在加壓打撈時，機(jī)組會跟著撈具旋轉(zhuǎn)，致使撈具無法抓住固定機(jī)組，導(dǎo)致打撈的難度加大。

2 潛油泵落井的因素分析

2.1 井筒影響因素分析

（1）當(dāng)潛油泵機(jī)組在變形的套管內(nèi)運(yùn)行的時候，潛油泵機(jī)組的螺絲會承受很大的拉力，當(dāng)螺絲存在質(zhì)量問題或者強(qiáng)度不足時，螺絲在長期受力情況下會出現(xiàn)變形甚至斷裂，最終導(dǎo)致落井事故的發(fā)生。

（2）潛水泵機(jī)組的連接是通過法蘭盤完成的，當(dāng)法蘭盤斜井中長期受到彎曲力的作用時，法蘭盤會出現(xiàn)嚴(yán)重變形甚至斷裂。以往落井事故中，也發(fā)生過機(jī)組斷裂導(dǎo)致落井事故的出現(xiàn)。例如在某礦區(qū)油井出現(xiàn)的落井就是由于油管和機(jī)組相連的細(xì)脖出發(fā)生斷裂造成的。

（3）潛油泵機(jī)組的外殼是由薄壁圓管組成，當(dāng)其在組裝的過程中預(yù)緊力過大時，或者多個螺絲預(yù)緊力不均時，機(jī)組在長期工作以后，非常容易出現(xiàn)變形甚至斷裂，從而導(dǎo)致落井事故的發(fā)生。

（4）因為油井注采使用的管網(wǎng)以及注采時的調(diào)整，使得有些油井的壓力發(fā)生變化，使井液的流速變快，工作中的潛油泵機(jī)組會產(chǎn)生很大的振動，在潛油泵長期振動的部位，容易使油管出現(xiàn)破損。例如區(qū)塊中的號油井，潛油泵的深度是488.93m，電機(jī)的深度是498.75m。在維修潛油泵的工作中，發(fā)現(xiàn)在481.93～488.24m以及495.27～500.41m處的套管發(fā)生破損泄漏。

2.2 井液因素的分析

（1）水性井液的影響。該油田的潛油泵油井的含水量達(dá)到98.5%，井液礦化度達(dá)到15915mg/l，井液平均所含氯離子高達(dá)10034mg/l。其中氯離子的特性就是穿透性強(qiáng)，它能非常容易的吸附在金屬套管的表面，尤其是金屬管壁具有管膜缺陷處以及薄弱處等，它能夠嚴(yán)重腐蝕金屬，特別是在集中應(yīng)力的小孔位置產(chǎn)生的腐蝕最大。當(dāng)井液被高度的礦化時，在井液中無機(jī)鹽的含量會很大，其導(dǎo)電率非常大，容易使金屬設(shè)備出現(xiàn)快速化學(xué)、電腐蝕。當(dāng)潛油泵機(jī)組表面上的保護(hù)涂層被磨損以后，機(jī)組表面在化學(xué)、電腐蝕反映作用下，會出現(xiàn)點銹蝕。這種銹蝕具有極大的破壞能力，它能夠快速擴(kuò)大銹蝕的面積，可以達(dá)到腐蝕套管形成穿孔，同時還能對別的腐蝕形式起到助推作用。

（2）井液流速的影響。在潛油泵入口的周圍，井液的流速以及流向會出現(xiàn)變化。潛油泵很多磨損性的腐蝕都是因為井液流動形成的湍流產(chǎn)生的，形成的湍流在潛油泵組表面形成攪動，這加速了腐蝕劑反應(yīng)速度，同時也將腐蝕后的生成物移除，如果井液中存在顆?；蛘邭馀?，會增強(qiáng)切應(yīng)力，從而導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象更為快速。

2.3 油管及潛油泵機(jī)組的質(zhì)量影響

由于潛油泵成本相對較高，因此，在油井檢修中起出的潛油泵，通過維護(hù)、檢修后會重復(fù)使用，經(jīng)過檢修的潛油泵機(jī)組，其絕緣性較原來會有所降低，其可靠性也會隨之變差。通過檢修的潛油泵，其表面的涂層質(zhì)量也會變差，這種修復(fù)的潛油泵在長期運(yùn)行中，非常容易發(fā)生腐蝕損壞落井。井下使用的油管材質(zhì)不合格以及使用的油管是修復(fù)的，其有關(guān)聯(lián)接的絲扣位置較薄，在潛油泵工作中，因為長時間的振動，使薄弱處發(fā)生斷裂導(dǎo)致落井。

3 應(yīng)對落井的措施及效果

3.1 防止腐蝕的措施

（1）在潛油泵機(jī)組中使用耐腐的材料。在油井井液參數(shù)不同的環(huán)境中，使用不同的材料，這種方式能夠很大程度延長潛油泵壽命。

（2）油管使用特殊的防腐涂層。使用YHCARP涂層以及YHTIR涂層，它們都是納米級的涂層，他們都具有很高的耐磨、耐腐性，在油井下惡劣的環(huán)境中長期工作也不會發(fā)生脫落情況，同時，他們還具有自潤滑的能力，具有防腐特性的同時，還具有耐磨的作用。

（3）潛油泵表面使用鎳磷的鍍層進(jìn)行防腐。Ni-P是合金的鍍層，它主要采用沉積法進(jìn)行鍍膜，不論任何形狀的部件，在其表面都可以均勻的鍍上一層鍍膜，其鍍膜是抗腐蝕性最好的防腐層。

3.2 對潛油電泵及安裝進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計

（1）潛油泵機(jī)組在安裝時，要避開井段相對復(fù)雜的地段，通用型的潛油泵安裝在傾斜變化角度的井段時，其潛油泵組的彎曲度必須小于30/30m。

（2）潛油泵在井下工作時，要定期調(diào)整潛油泵工作的位置，避免潛油泵長期在一個位置工作，進(jìn)而避免將該處的套管磨損。

（3）應(yīng)盡量使用外徑為107mm的潛油泵，從而達(dá)到加大井液流通面積，進(jìn)而減少因為流通面積過小損傷套管，同時也能減輕油液對油管沖刷的速度。

（4）針對油井發(fā)生落井以后，其打撈非常困難的狀況，在油泵機(jī)組的下面設(shè)計安裝封隔器裝置，安裝此裝置的目的是，當(dāng)潛油泵落井時對其打撈較為簡單，在很大程度上縮短作業(yè)時間。

（5）加大管理、選擇井下使用材料的質(zhì)量，加強(qiáng)對新油管的機(jī)械性以及材質(zhì)的檢測，在油井內(nèi)使用超過6個月的油管要進(jìn)行試壓、探傷的檢查，確保其質(zhì)量合格后才能重復(fù)使用。

3.3 優(yōu)化后的效果分析

CTH1-2在檢修潛油泵的作業(yè)中，使用了直徑107mm的潛油泵電機(jī)，潛油泵安裝位置從原來的437.32m，調(diào)整到421.14m，潛油泵下安裝了封隔器裝置，使用了防腐鈦鉬稀土層的油管，潛油泵機(jī)組鍍有Ni-P鍍層，其潛油泵到目前已經(jīng)連續(xù)工作470天沒有出現(xiàn)問題。當(dāng)前使用直徑107mm的電機(jī)有16口井，安裝封隔器的油井有21口井，到目前沒有發(fā)生套管損壞、潛油泵電機(jī)腐蝕出現(xiàn)落井事故。截止到2019年底，潛油泵油井維修的費(fèi)用和往年對比下降20%。

4 常規(guī)落井打撈技術(shù)及工藝

4.1 潛油泵機(jī)組打撈技術(shù)工藝

（1）在打撈電纜時，使用工具的選擇要依據(jù)電纜型號以及套管的規(guī)格進(jìn)行確定，打撈工具在工作過程中，其最大外徑要小套管4～6mm的內(nèi)徑尺寸。

（2）在打撈機(jī)組時，使用工具的選擇要依據(jù)套管以及落井物的尺寸進(jìn)行確定，工具外徑必須小套管5mm內(nèi)徑尺寸。

（3）對堆積的電纜進(jìn)行開孔時，開孔必須大撈具外徑的2～4mm，但是長度要短于撈具。

（4）套銑所用的工具要依據(jù)套管的間隙以及魚頂?shù)拈g隙進(jìn)行確定，工具的內(nèi)徑要大魚頂4～6mm外徑，工具外徑要小套管4～6mm內(nèi)徑尺寸。

（5）磨銑所用工具要依據(jù)潛油泵組、機(jī)組殼、芯軸與套管的尺寸進(jìn)行選擇，工具的內(nèi)徑要大芯軸4～6mm，工具的外徑要大機(jī)組殼的外徑，同時要小套管4～6mm的內(nèi)徑尺寸，工具表面的硬度要大于HRC109。

4.2 打撈施工的步驟

（1）在進(jìn)行電纜的打撈時，要使用外鉤活齒、內(nèi)鉤撈具，將魚頂上的落井電纜打撈出來。

（2）確定在井下是不是還存在沒有打撈上來的電纜卡或者電纜。

（3）對井下落井的機(jī)組進(jìn)行打撈。在選擇工具時，除了工具必須符合要求以外，工具必須是能夠倒扣的撈具，如果在打撈過程中，發(fā)生已經(jīng)撈獲但是解不開的狀況時，撈具能夠順利退出，不會發(fā)生撈管柱無法上升，導(dǎo)致打撈困難的情況。

（4）當(dāng)撈具已經(jīng)抓獲潛油泵管柱后，一定要進(jìn)行實驗性的提拉，同時拉力要在管柱抗拉范圍之內(nèi)。在進(jìn)行撈具上提時，經(jīng)常會出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，遇到這種情況通常會采用活動機(jī)組管柱、用力上提、適量進(jìn)行下放解卡。

（5）卡點計算：將試提管柱3次的管柱伸長數(shù)值進(jìn)行相加后取平均數(shù)值。其計算公式為：

L=KE/P

式中，L表示的是卡點的深度，cm；K表示的是計算的系數(shù)；E表示的是拉伸長度，mm；P表示的是拉力，N。

（6）對油井進(jìn)行酸洗達(dá)到解卡的目的。

（7）當(dāng)解卡沒有成功，可對卡點上面的管柱進(jìn)行倒出操作，這樣使得作業(yè)更接近被卡住的位置。

（8）切割作業(yè)。當(dāng)?shù)箍蹧]有成功后，要使用切割的形式把卡點之上的油管提出。其切割的形式分機(jī)械型切割以及聚能型切割。作業(yè)的位置越近于卡點最好，一般設(shè)在卡點上3～5m的位置。在切割的過程中要躲開油管連接位置，同時始終要有一個向上的拉力。

（9）套銑作業(yè)。當(dāng)切割作業(yè)或者倒扣作業(yè)完成后，在卡點位置實施套銑作業(yè)，當(dāng)套銑經(jīng)過了卡點以后，再進(jìn)行打撈工作。

（10）磨銑作業(yè)。磨銑作業(yè)是最后的處理辦法。當(dāng)上述打撈工藝都沒有成功以后，將會采用磨銑工藝。磨銑工作中必須安裝扶正器，這樣能夠有效的防止將套管磨損。在磨銑的過程中，其排量必須保證能夠把磨削排出地面，盡量在磨銑過程中高速旋轉(zhuǎn)，如果出現(xiàn)跳鉆現(xiàn)象，應(yīng)將轉(zhuǎn)速控制于60r/min之下。

5 結(jié)語

本文通過對落井機(jī)理的研究，找出落井出現(xiàn)的原因，根據(jù)原因?qū)撚捅糜途M(jìn)行了優(yōu)化。采取使用了直徑107mm的潛油泵電機(jī)，在潛油泵下安裝了封隔器裝置，在潛油泵機(jī)組鍍上Ni-P鍍層等措施，最終使落井事故大幅度降低，同時，通過規(guī)范潛油泵油井的設(shè)計，使油井工作的效率得到提高，維修費(fèi)用得到大幅度的降低。