水源井的故障及維護探討

鄭艷芬，馮松林，夏 勛，孟令浩，陳 立

（中國石油長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，地處鄂爾多斯盆地西部，是典型的低壓油藏，有“磨刀石”之稱，需進行持續、高效注水，才能實現有效開發，而注水開發前提是水源充足，保證“注夠水”。該區屬內陸干旱型氣候，風多雨少，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 水源井井身結構

胡尖山油田水源井開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，井身結構（見圖1）。

1.2 地貌及水文地質概述

區域內地形復雜、溝谷縱橫、梁峁交錯，地面海拔1 400～1 800 m，該區氣候變化幅度大，屬典型的內陸干旱型氣候，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，且有風沙、寒潮侵襲，自然環境比較惡劣。

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

環河組裂隙含水層，巖性為一套灰綠色砂質泥巖夾薄層粉細砂巖，水平層理發育，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，因儲水性和含水性差，一般不具有大規模工業開采價值，厚度約 250～302 m。

華池組孔隙裂隙含水層，巖性為紫紅色粉細砂巖與泥巖互層，夾薄層中細砂巖，巖性致密，含水性差，為區域重要含水層，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、交錯層理發育，富水性和滲透性均較好，為本區主力開采層，厚度在160～450 m左右。

2 研究必要性

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

3 水源井故障原因分析及修復

3.1 水源井故障原因分析

水源井在使用過程中，往往會出現產水量逐漸減少的現象，其原因很多，問題也較復雜。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為區域水位下降而使井筒出水量減少,這種情況一般發生在長期大量開采的地區。井筒方面的原因主要有三方面，一是出砂；二是井內落物；三是抽水設備故障。

出砂：水源井抽水時，水中含有懸浮性顆粒過多的現象稱為井體出砂，出砂是井體出現問題的前兆之一。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、動水位附近位置。導致井體出砂的原因可能有多種：（1）礫料不到位，因投放礫料中出現架橋現象，使得礫料部分或全部不能投放到過濾器部位，即：不能形成人工過濾層，出現涌砂現象，地下水中的粉細砂粒透過濾水器進入井內，淤積、沉淀，埋沒部分濾水器，使水井開始水量大，隨著使用水量越來越小；（2）固井質量不合格或套管破損。

井內落物：常見井內落物是泵頭、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，嚴重時導致水源井報廢。

抽水設備故障：常見電機燒，泵進口堵，電纜老化等情況，造成水源井不出水。

3.2 故障水源井恢復途徑

3.2.1 針對出砂治理途徑 針對出砂問題，主要推行優化參數和大修等措施。2008-2012年，對H201S2、H154S18水源井進行大修，恢復產水量；對A19S1、A19S2水源井進行參數優化，出砂現象得到治理。以H201S2、A19S1水源井為實例如下。

H201S1出砂水源井治理途徑：2011年11月10日投運，產水量18 m3/h，每天運行時間13～14 h，運行1個多月，累積產水量17 428 m3。于2011年12月22日發現出砂嚴重，造成過濾器堵塞，泵不上量，停用。

治理途徑：一是確定篩管位置，在實管處射孔，二是在井內做塞子，用水泥車將水泥注入并憋壓，將水泥擠進外環空，將流沙層封死。

效果：該水源井施工完后，恢復日常產水量18 m3/h。

A19S1出砂水源井治理途徑:現狀：A19S1水源井出砂嚴重，泥砂進泵導致電機過載，電機每3個月燒毀1次停用。

治理途徑：合理調整該區塊水源井運行時間，將該井日運行時間由12 h改至7 h，產水量由20 m3/h控制到15 m3/h。

效果：運行半年未出現故障，有效節約了修井費用。

3.2.2 針對井內落物治理途徑 針對井內落物問題，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，對無法采用現有的打撈工具進行打撈落物時，可根據實際情況，采用自制工具打撈。同時利用檢泵機會，推行電機防落井保護裝置，截止目前，共有15口水源井采取防落井保護裝置，均未發生電機、泵落井現象。以H117S1水源井為實例如下。

現狀：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：通過多次試驗，研制出外勾打撈工具，將電纜打撈出來。

效果：H117S1水源井恢復正常生產。

圖2 外鉤打撈工具

3.2.3 針對抽水設備故障治理途徑 抽水設備在運行中，難免會發生故障和損壞，以致不能供水，主要現象是電機燒，泵軸斷、泵進口堵等，采用如下排除方法（見表1）。

3.2.4 水源井自動保護智能控制儀的應用 水源井自動保護智能控制儀可以根據水源井產水能力自動啟停，實現智能間開，避免水源井干抽和疲勞運行，在卡泵、過載、電路故障時自動停抽，從而避免發生抽水設備故障。

水源井自動保護智能控制儀主要功能有：（1）抽空自動停機。控制儀能夠自學習自適應啟、停潛水泵時間，智能運行，安全、可靠；（2）具有卡泵、過載、缺項、短路、卸載等保護功能，出現故障后自動停機、報警；（3）停電參數保留，來電自動恢復運轉，避免了產量損失；（4）LED顯示屏顯示內容全面及時，包括時間、電流、電壓、功率、流量、開機時間和停機時間等，方便隨時了解系統運行工況。

表1 故障及排除方法

2008-2012 年，分別對 Y120S5、H130S1、A21S4 等5口產水低的水源井安裝水源井自動保護智能控制儀，該5口水源井未發生故障。磚井作業區安201區塊、A17區塊、安83區塊34口水源井全部安裝水源井自動保護智能控制儀，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，運行良好，收到了預期的效果。

4 認識及建議

4.1 認識

（1）水源井故障多為水源井鉆井和維護作業施工質量差、運行管理不當造成；（2）水源井鉆井、完井時施工隊伍未按設計施工，使用材料不合格，偷工減料，都可能造成后期水源井出砂；（3）水源井維護作業時施工隊伍操作管理不當，很容易造成電機、泵、電纜、管柱及其他雜物落井而造成嚴重事故，下入前未對抽水設備進行合格檢查，搬運和下入過程中對抽水設備未采取適當保護措施，使電機和泵磕碰、電纜摩擦破損，后期生產中很容易發生抽水設備故障；（4）水源井生產時未能掌握水源井產水能力，使用過大排量電潛泵，間開時間過長，導致供液不足泵空抽，電機疲勞運行，可能引起水源井出砂，從而導致泵故障；而且員工沒有按要求監測水質，水源井出砂時未及時采取合理措施，引起水源井卡泵、泵堵、過載，從而導致水源井電機、電纜等損壞。

4.2 建議

降低水源井故障率，延長水源井使用壽命，要以防為主，以治為輔。

（1）水源井完井、維護作業過程中加強現場監督管理，按設計規范施工，對所有材料把好質量關并做好保護措施，杜絕野蠻施工。

（2）掌握水源井固井質量、使用期限、抽水設備、取水量、產水能力及是否出砂，選擇合適排量的電潛泵，制定合理的間開制度。

（3）嚴密監測水源井水質、電流、電壓變化，掌握出砂量，根據水質、電流、電壓變化制定水源井合理的檢泵周期。

（4）所有水源井檢泵時安裝防落井保護裝置，避免降低電機、泵落井事故。

（5）推廣應用水源井自動保護智能控制儀避免水源井因干抽、過載、砂卡等原因造成的水源井電潛泵故障問題。

（6）加大水源井數字化建設及應用，實現水源井遠程監控電流、電壓、排量和回壓，遠程啟停等功能，以滿足胡尖山油田數字化管理下井場無人值守需求，并降低工人的勞動強度，節能降低生產成本。

（7）建議對出砂水源井A201S5進行出砂治理，沖砂洗井，減小泵深，降低生產參數；對落物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打撈落物；對 A17S1、A17S2、A8S1、A36S2、A8S3、H151S1、Y166S1、Y166S2、H154S1、H154S24、H154S26進行檢泵，探液面，查明產液量減少的具體原因，優化水源井生產制度，并且推廣使用水源井自動保護智能控制儀，應用水源井遠程監控和啟停數字化功能。

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