西江油田高溫大排量電泵設計改進及優化管理技術

杜河泉，徐應波，陳 瑜

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

隨著電潛泵排量的逐漸升高，油藏出砂越來越嚴重，同時由于油藏溫度較高，生產井檢泵周期短的問題越來越突出。為了解決這一矛盾，管理層提出了“高溫大排量電泵設計改進及管理優化”的技術攻關，以期提高電潛泵壽命。

1 背景及挑戰

西江油田包括西江24－3和西江30－2兩個油田，位于中國南海海域，是中海石油與美國Phillips石油公司共同合作于1994年開發投產的。按照雙方合同協議，合作期到2010年底結束。由于長期高速開采使油層大量出砂從而造成對電潛泵運行壽命的嚴重影響。

在西江油田開發早期，完井方式主要為礫石充填，其主要優點是防砂性能好，有利于電潛泵運行，其缺點是生產壓差損失大，生產指數小，不利于下大排量電潛泵生產。在此時期電潛泵排量都很小，一般為4200～8400桶／日。但由于海上生產的特殊性，尤其是油田生產到了中后期，太低的液量生產也不切實際。為了加快西江油田開發速度，縮短開發周期，提高經濟效益，有必要而且必需提高單井排量。另一方面，隨著西江油田的開發生產，含水率上升，產油率下降，為了穩產增產和提高采收率，也有必要提高單井排量。為實現這一目的，必需改變早期的完井方式。因此在西江油田開發的中后期，完井方式主要為篩管防砂和套／尾管射孔，其主要優點是生產壓差損失小，生產指數大，有利于下大排量電潛泵生產。其主要缺點是防砂性能不如礫石充填，使電潛泵運行壽命縮短。因此在西江油田開發生產的中后期，所下電潛泵的排量越來越大，單泵排量從1300 m3／d大規模提升至2450 m3／d和3200 m3／d，最大提升至4300 m3／d。

隨著西江油田舉升液量的大幅提升，生產條件變得更為惡化，由于高排量帶來的高流速，因此造成生產井出砂嚴重，電潛泵、生產管串和套管沖蝕嚴重，同時高流速和砂的共同作用使得沖蝕加劇。另一方面，隨著西江油田的生產進入中后期，生產井含水率急速上升，腐蝕問題日益凸現并隨著舉升液量的提升而加劇。所有這一切為西江油田的電潛泵管理帶來巨大挑戰。為此，西江油田在電潛泵管理方面勇于探索、大膽嘗試，為電潛泵在諸如高井溫、出砂嚴重、高含水率、高排量及含腐蝕性二氧化碳氣體等惡劣環境下的應用開辟了一條新的路徑，積累了可貴的經驗，對其他油田的電潛泵應用具有一定借鑒作用。

2 工作思路

面對這種挑戰，西江油田既無國內成功經驗可供借鑒，也無國外大排量泵應用的實例可供參考，唯有通過全面分析西江油田電潛泵故障和電潛泵的運行工況，找出電潛泵失效的根本原因，探索出一條自己的有效的解決之道。經過艱苦卓絕的不懈努力，西江油田探索出一條有效的“加強管理，雙手齊抓”的電潛泵管理方針。

加強管理就是在上級管理層的重視和大力支持下，加強電潛泵管理團隊的建設，組建電潛泵管理團隊專門負責一切與電潛泵有關的工作，消除“多頭管理，無人管理”的局面。雙手齊抓就是一手抓電潛泵運行管理，一手抓電潛泵故障管理，兩項工作齊頭并進互相交融地進行的電潛泵管理模式。

根據上述方針，以提高電潛泵壽命為核心，在充分地分析了電潛泵運行和故障的基礎上，西江油田制定了下列措施貫徹實施于每臺電潛泵從設計安裝到壽命終止的各個環節，電潛泵運行管理如圖1所示，電潛泵故障管理如圖2所示。

圖1 電潛泵運行管理

圖2 電潛泵故障管理

3 實施措施

3.1 成立電潛泵工程組

由于西江油田管理層深刻認識到電潛泵對一個油田的生產管理和成本控制起著相當重要的作用以及對電潛泵管理工作的重視，為了加強電潛泵工作的管理和提升電潛泵的壽命，西江油田管理層決定成立電潛泵工程組，并選撥既具有多年電潛泵現場工作經驗和管理經驗又具有多年其他領域工作經驗的人員——因為電潛泵是一個綜合型的涉及到電氣、機械、流體、油藏、鉆完井等多學科的系統工程。該電潛泵工作組于2008年1月初組建完畢，電潛泵工程組專門負責一切與電潛泵有關的全面工作，這為電潛泵管理優化提升奠定了良好的基礎。

3.2 實現電潛泵的啟動／關停最優化

對于延長電潛泵運行壽命來說，電潛泵的啟動和關停扮演著極其重要的角色。它并不象開燈、關燈只需“按一下按鈕”那么簡單，它需要相關的人員進行緊密合作，共同來完成一個成功的電潛泵啟動／關停過程。為了達到這個目的，筆者優化／完善了電潛泵的啟動／關停程序，并提供給相關人員參照執行。

此外，通過分析發現硬啟動（直接啟動至工頻）對電潛泵壽命的影響很大。為消除其影響，實現電潛泵的軟啟動，西江油田對2個平臺的電潛泵驅動設備進行改造并增加熱切換設備：即先通過變頻器的軟啟動將電潛泵啟動起來并逐步調速至工頻，再通過熱切換設備將電潛泵在不停機的情況下切換到工頻變壓器驅動。和每臺電潛泵用一臺變頻器啟動／驅動相比，該改造投資省，占地少，效果好，可實現一臺變頻器啟動多臺電潛泵的功能，這一創新工作管理模式開創了中國海上油田生產的先例，為海上在生產老油田升級改造創出了一條新路。

3.3 故障電潛泵解體檢測和失效根源分析及改進

西江油田對出現故障的電潛泵做了大量有針對性的解體檢測及失效根源分析工作，并根據拆泵得出的結論、西江生產理念、油藏特征以及油井結構特點，在電潛泵的電氣、機械及材料方面做了大量的改進／升級工作，收效明顯。

1）電潛泵外殼材料的升級 電潛泵外殼對電潛泵的保護作用不可小視，是保護電潛泵的第一道防線。一旦外殼穿孔，井液進入電潛泵，就會即刻引起電潛泵故障。通過電潛泵解體分析，發現相當數量的電潛泵失效是因為電潛泵外殼在高流速、高含水的井液沖／腐蝕作用下穿孔造成的。為此所有電潛泵的外殼（馬達、馬達保護器、泵）材料都從普通的碳鋼升級到以鐵酸鹽為主要成分的特種鋼材，效果大為改觀。

2）電潛泵馬達軸承襯套的升級 通過對燒壞的馬達進行解體分析，發現馬達軸承襯套磨損嚴重，從而引起馬達轉子掃膛至馬達燒壞較多。針對這一問題，對馬達底部軸承襯套由普通合金升級為耐磨的碳化鎢，增加馬達轉子的穩定性，從而降低馬達在長期運轉后轉子掃膛的機率。

3）泵體升級改造 通過對泵體進行解體分析，發現泵的葉輪磨損嚴重。其中尤以徑向磨損危害最大，當井液中的砂子進入葉輪與泵軸間的間隙后，這種徑向磨損會加劇，并引起葉輪工作不平衡和強烈振動，從而導致葉輪過早損壞。針對徑向磨損的問題，研究后提出了升級方案：每兩級葉輪增加一個抗磨模塊，后來又由每兩級改為每級葉輪增設一個抗磨模塊，以延長泵的壽命。針對上下止推磨損，通過加強生產管理和日常電潛泵工作狀況／產量優化來防止。采取這些措施后，泵的磨損狀況得到大幅改善。

4）馬達保護器的改造 通過對失效馬達保護器和馬達的解體分析后發現，馬達燒壞是因為馬達保護器的失效而引起。其根本原因是馬達保護器內的膠囊破裂，從而使井液進入膠囊然后進入馬達，導致馬達絕緣油絕緣性能下降、馬達燒毀。馬達保護器的作用之一就是保持馬達內部壓力與井筒間的壓力處于動態平衡狀態。當膠囊過度膨脹后，其危害之一是致使膠囊破裂，導致井液進入馬達；其危害之二是堵塞馬達保護器交流孔，從而破壞馬達內部與井筒間的壓力平衡。

對此，改進措施是在馬達保護器的膠囊前端部安裝一塊圓型金屬板（見圖3），既能防止交流孔被堵，又能防止膠囊過度膨脹。該方案在美國通過實驗室測試并確認有效后，已經應用在深錘公司馬達保護器中，對延長電潛泵壽命有非常大的幫助。

圖3 馬達前端安裝一塊金屬板

3.4 對電潛泵供應商引入競爭機制

從1994年開始，西江油田使用的電潛泵，都是深錘公司一家的電潛泵。為了延長電潛泵壽命、提高電潛泵供應商的服務水平和質量，戰略措施之一就是有必要對電潛泵供應商引入競爭機制。為了實施此戰略，西江油田通過招投標的形式于2007年與斯倫貝謝雷達電潛泵公司正式簽訂合同引入了雷達電潛泵供應商，并且從2008年開始，這開創了延長電潛泵壽命的關鍵轉折點和新時期。通過引入競爭促使深錘公司和雷達公司提供更好的服務、更優質的設備、以及更合理的設備和服務價格，從而更有利于西江油田的長遠發展。

4 結 語

在毫無國內外成功經驗可供借鑒的條件下，西江油田在電潛泵管理工作中充分發揮了勇于探索、敢為天下先的海油人精神，成功摸索出了一條大排量電潛泵在惡劣環境下應用的管理模式。這種精神和經驗值得在海油的其他項目和工作中推廣和分享。對于南海海相砂巖油田，在開發生產的中后期，為了持續穩產、縮短開發周期和提高經濟效益的目的，就必須提高電潛泵排量實現高速開采、少井高產的戰略。西江油田的成功經驗充分證明了該戰略的正確性和可執行性，為海相砂巖油田實現高采收率打下了堅實的基礎；對南海礦區其他油田的開發具有很好的借鑒作用。