高承載動力電纜投撈電泵在渤海油田的應用

中圖分類號：TE358.4；TE933.3 文獻標志碼：A 文章編號：1000-7393（2025）-02-0218-07

Abstract：Duetoinvestmentrestrictionsitheearlystagesofolfelddevelopment，someblocksinBohai Oifieldaredeveloped using platforms without workoverrigs.With the platforms without workoverrigs，there existproblemssuchas dificulty in ispecting pumps after lying in the welland high maintenancecosts. After conducting researchonthe pump inspection processof existing nonworkoverrigplatfoms，ahighloadcableretractiondevicewas designed toreplacethepowersourceof te workoverrigbasedonthe platformdesignloadandspacelimitations.Combined withthelatestrodlessfishing technology，anovelpumpinspectiontechology suitablefornon-workoverigplatfors，amelyighload-bearingpowercablefsngelectricpumptechnologywasdevelopedThis articleintroduces thepipecolumncomposition，technical principles，andapplicationscopeofthehighload-bearing powercable fishingelectricpumptechnology.Keyequipmentsuchascableretractiondevice，flowheadfshngsecuringbridle，anduderground connection workingcyliderhavebeendeveloped.InOctober2023，thefirst highload-bearingpowercablefishingelectricpump was successfullyimplemented inWellF1HinBohai Oilfeld.AsofNovember2024，thiswellhadbeenruningsteadilyforover400 days.Practicehasshownthatthehighload-bearing powercablefishing electric pumpcanbeaplied to non-workoverrig platforms， and maximize theutilizationrateofoilwellsonnon-workoverrig platformsas wellasquicklyrestore oilfield productioncapacity which demonstrate the bright future of this novel technology.

Key words： Bohai Oilfield; power cable; fishing electric pump; non-workover rig platform

0 引言

渤海油田位于渤海海域，是我國海上石油天然氣資源的最大生產基地，有遼東、石白坨、渤西、渤南、蓬萊5個構造帶，總資源量在120億 m³ 左右。其地質油藏特點是構造破碎、斷裂發育、油藏復雜，儲層以河流相、三角洲、古潛山為主，油質較稠，稠油儲量占 65% 以上。截至2023年11月，渤海油田油氣日產量首次突破10萬噸油當量。由于沉積背景不同，油田整體儲量規模、油品性質、砂體厚度跨度較大，導致各區域開發手段各不相同。渤海油田擁有多個開采礦區，包括自營開采礦區和合作開采礦區。在開發初期，受限于技術水平和投資成本，形成了一套適用于小油田和邊際油田的開發模式［1]。在確保安全生產和環保達標的前提下，部分油田采用無修井機平臺或無人值守平臺進行開發。截至2023年底，渤海油田共有約40座無修井機平臺，生產井約270口， 90% 以上采用潛油電泵采油［2]。根據渤海油田平均 5.4% 的故障率計算，預計無修井機平臺年修井量約15口，采用鉆井船年檢泵費用達1.1億元。隨著增儲上產和降本增效工作的推進，提高油井利用率、生產時率以及減少停產時間已成為穩產保產的關鍵。綜合分析表明，無修井機平臺存在機采井數量大、單井檢修成本高等問題，難以及時完成檢修作業，導致油井停產周期延長，嚴重影響油田開發經濟效益。因此，亟需研發一種無需修井機的油井檢修技術。

目前常規無修井機平臺在出現舉升系統故障后，通常采用鉆井船修井或不動管柱修井技術進行維修。鉆井船修井受限于鉆井船資源、海況條件和費用等因素，往往無法及時完成修井作業，導致油井停產時間延長。現有不動管柱修井技術主要包括鋼絲起下電泵技術和智能連續油管投撈技術。鋼絲起下電泵技術通過鋼絲連接電泵機組，借助鋼絲絞車和配套工具實現電泵快速起下，該技術采用濕接頭連接方式，電纜布置在管柱外部。其優點是設備簡單、施工便捷、占地面積小；缺點是泵掛調整靈活性差，對大斜度井適應性不足，且鋼絲抗拉能力有限。連續油管投撈技術[3]是將鋼絲繩更換為抗拉強度高的連續油管，為適用更加復雜井況，研發了復合電纜連續油管投撈技術［4]。為進一步完善投撈舉升技術，在新井設計初期即考慮后期作業需求，研發了智能連續油管無桿舉升技術。該技術采用復合連續管纜［5］替代常規連續油管，其優勢在于無需下入外管柱，舉升系統出現故障時可實現不動管柱檢泵，同時連續管纜抗拉強度高，泵掛調整靈活；其缺點是設備體積較大、操作復雜、作業時效低且成本較高。經實際應用發現，現有不動管柱修井技術仍無法滿足無修井機平臺檢泵作業需求，因此研發出了一種無需鉆井船或修井機支持的高承載動力電纜投撈電泵技術。

高承載動力電纜投撈電泵技術的設計初衷是在無修井機平臺出現舉升系統故障且無鉆井船支持的情況下完成生產管柱起下和舉升系統更換作業，恢復油井產能。該技術通過套管一密封組件一電纜的協同作用，突破傳統油管柱傳輸模式的技術局限，實現井筒流體的全封閉舉升。為保證現場試驗順利進行，試驗井選擇在有修井機平臺的井位實施。

1技術組成和原理

動力電纜投撈電泵技術是一種創新工藝，融合了不動管柱投撈電泵技術與電纜連續油管投撈技術的優勢。該技術采用特制鋼絲電纜進行投撈作業，通過內管起下設備簡化施工流程，顯著降低了井下濕接頭[6]的操作難度。其核心優勢體現在3個方面：一是高強度與靈活性，鋼絲電纜具有優異的抗拉性能，支持泵掛深度靈活調整；二是作業流程簡化，可大幅度縮短施工時間；三是電泵故障時無需動管柱即可完成維修，有效減少了油井停產時間。該技術顯著提升了電泵系統的可靠性和經濟性，特別適用于復雜井況下的高效采油作業。

1.1 管柱組成

動力電纜投撈電泵技術管柱由地面、井口和井下三部分組成，其中地面部分為高承載動力電纜收放裝置，該裝置代替修井機鉆桿為起、下電泵提供動力源。井口部分由升高法蘭、 θ88.9mm 常規油管掛、 δ139.7mm 油管掛（需具備2個液控通道）、偏移過渡出纜短節、井口馬籠頭、常規電纜穿越器構成。井下部分又分為外管柱與內管柱，其中外管柱由 0139.7mm 套管、液控滑套、深井安全閥、定位密封組成；內管柱部分由鋼絲動力電纜、投撈式緊固馬籠頭[7]、井下連接工作筒、伸縮短節、橋式多功能懸掛器 （封隔器）潛油電泵組成（圖1）。

1.2 技術原理

高承載動力電纜投撈電泵技術由4個核心系統協同作用完成。第一部分為地面支撐系統。采用專用承載裝置替代傳統鉆井船檢泵[8]支撐結構，通過機械滑輪裝置實現井口載荷傳遞，其設計承載能力達到 30t， 可承受檢泵作業軸向拉力。第二部分為動力傳輸系統。由高承載動力電纜構成復合功能傳輸通道，采用多層鎧裝結構實現電力傳輸、信號傳輸、機械支撐。第三部分為密封錨定系統。集成雙級密封體系，由井下封隔器組（采用液壓坐封設計，耐溫 180^°C 、耐壓 35MPa） 與水力錨定裝置（機械式卡瓦結構，提供軸向錨定力）共同構成。第四部分為舉升作業系統。形成“電纜驅動-泵組舉升-井筒傳輸”能量傳遞鏈，地面控制系統通過電纜傳輸電能及控制信號，井下電機將電能轉化為機械能，多級離心泵組將機械能轉換為流體壓能，封隔器系統維持舉升通道的密封完整性。

圖1管柱的總體組成簡圖

Fig.1Overall composition diagram of the pipe column

1.3 技術參數

（1）升高法蘭：直徑 279.4mm 、高度 980mm. 最小通徑 142mm 、耐壓 20.69MPa 、法蘭密封面代號R53。

（2） 0139.7mm 油管掛：套管密封外徑 139.7mm 不帶背壓閥螺紋，有2個 θ6.35mm 的標準螺紋管液控管線接口，最小通孔 127mm 。

（③）偏移過渡出纜短節：總長 1202mm 、上端外 徑 144mm 、下端外徑 100mm 、偏心距 48mm ，上端 扣型為 θ88.90mm 油管，卜端扣型為 M80×2（?） 。

（4）井口馬籠頭：總長 496mm 、最大外徑 100mm 上端扣型為 M80×2（L5） 。（5）井下馬籠頭：總長 496mm 最大外徑 100mm 打撈頭外徑 58.75mm ，下端扣型為 M80×2 （公）。（6密封筒（含密封膠）：總長 555mm 、最大外徑100mm， 最小通徑 20mm ，上端扣型為 M80×2（ 母），下端扣型為 θ88.90mm 油管，帶3個 θ6.10mm 螺紋密封套螺紋孔。（7）伸縮節（含工裝）：總長 4651mm 、最大外徑100mm. 最小通徑 47mm ，上端扣型為 θ88.90mm NUB型伸縮節，下端扣型為 Tr80×10 （公），可伸縮范圍1200～1400mm 。（8） θ139.70mm 擴張式封隔器：總長 2098.5mm ±5mm 、最大外徑 115mm ，上端扣型為 Tr80×100 母），下端扣型為O73.02mmNUB型伸縮節，耐壓34.47MPa ，密封壓力 34.47MPa 。

2 關鍵設備

2.1電纜收放裝置

為確保作業安全順利實施，根據現場作業環境和實際需要，設計一套滿足施工需求的電纜收放裝置（圖2），并進行了安全受力分析（圖3），對鋼絲電纜地面收放受力及使用條件下的工況受力進行了分析，見式 （1）～（7） 。若井下設備自重 G 為 60kN， 絞車與地滑輪間水平距離 L₁ 為 15m ，絞車與地滑輪間垂直距離 L₂ 為 2m ，天滑輪與地滑輪間水平距離L₃ 為 5m ，天滑輪與地滑輪間垂直距離 L₄ 為 18m 鋼絲電纜受力 F₂ 與地面的夾角 θ₁ 為 0.13^° ，鋼絲電纜受力 F₁ 與豎直方向的夾角 θ₂ 為 0.27^° ，摩擦系數為0.2，則在滿足施工需求情況下，絞車與地面間摩擦力為 12.81kN. ，絞車需要防拽拉力 F₂^′ 為 46.7kN， 天滑輪水平方向作用力 F₃ 為 16.1kN ，天滑輪防拽拉力 F₃ 為 16.1kN ，地滑輪防拽拉力 F₄ 為 100.1kN 。

圖2高承載電纜收放裝置示意圖

圖3簡易受力分析視圖Fig.3Simplified force analysisview

F₂^′=F₂cosθ₁

F₂^′′=F₂sinθ₁

G=F₁=F₂

為盡最大可能保證多個平臺的適用性及安全性，決定選用專用高承載電纜收放裝置，其長、寬、高為 6.56m×2.35m×2.5m， 設備自重約 70.6kN ，電纜最大承受拉力 294.0kN 。

2.2 井口裝置

為提升施工安全性，對目標井井口裝置進行改造，經現場調研確認具備 0.98m 的升高空間。在維持井口管匯及連續管纜傳輸功能基礎上，對現有井筒設備實現功能升級。沿用原井 θ88.9mm 油管掛和采油樹主體，增設 δ139.7mm 加厚型過渡油管掛。通過升高法蘭實現軸向載荷分流；集成三通道電纜穿越器適配 θ88.9mm 油管柱；偏移式出纜短節采用有限元拓撲優化設計，實現管柱居中偏置，維持合適的電纜彎曲半徑；過渡油管掛內置螺旋導流結構，使等效流通面積相較原 θ88.9mm 油管提升145% ；通過 ΔΩΔθ139.7mm 管柱的異型流道設計，在維持井口兼容性的前提下，實現過流能力突破傳統管柱限制（等效直徑提升 145% ）。井口裝置優化同步解決了電纜穿越精度控制（誤差 lt;0.1^°. 與管柱居中穩定性（偏移角 ?3^° 的工程矛盾。見圖4。

圖4簡易井口裝置視圖Fig.4View of a simple flow head

2.3投撈式緊固馬籠頭

投撈式機組的三芯鋼絲電纜緊固馬籠頭已申請專利[9]。這是一種應用于高承載動力電纜投撈式機組的三芯鋼絲電纜緊固馬籠頭，包括緊固螺紋管、帶孔銅套、下端螺紋管、下壓接套管、三芯電纜轉接套筒、鋼絲三芯電纜和馬籠頭壓接套管。本裝置完成了鋼絲在帶孔銅套與馬籠頭壓接套管接觸面之間的緊固，以及鋼絲在下壓接套管與帶孔銅套之間的緊固，并將機組投撈作業時的拉力從電纜纜芯轉移到鋼絲三芯電纜的鋼絲結構上；同時采用馬籠頭壓接套管和下壓接套管將其壓緊，起到防轉作用。其構造見參考文獻［9］，設備實物見圖5。

圖5投撈式緊固馬籠頭外觀圖 Fig.5Appearance of the fishing securing bridle

2.4井下連接工作筒

井下動力電纜連接工作筒已申請專利[10]。井下連接工作筒取代了傳統濕接頭，用于連接井下動力電纜和小扁電纜，由外層密封套筒、上段工作筒、中段工作筒、下段工作筒、動力電纜、電纜連接插針和潛油電機小扁電纜頭構成。電纜連接插針安置在上段工作筒內部，三相動力電纜穿過上段工作筒，連接在電纜連接插針的一端，中段工作筒和下段工作筒內開設有電纜通道，潛油電機小扁電纜頭可以通過電纜通道與電纜連接插針的另一端相連，下端連接潛油電機小扁電纜插接下段工作筒。中段工作筒、潛油電機小扁電纜插接下段工作筒焊接成一個整體，其內部開設有一導通左側外層密封套筒與右側油管的導流通道，完成井液從外層密封套筒舉升至右側油管時，在保證井液在舉升通路內密封的同時，不會對小扁電纜造成影響，確保電纜的安全性。構造詳見參考文獻［10］，該設備外觀見圖6。

圖6井下連接工作筒外觀圖 Fig.6Appearance of the underground connection workingcylinder

3 地面試驗

3.1 管柱連接

動力電纜投撈電泵技術通過鋼絲動力電纜連接特制井下連接工作筒，來實現潛油電泵機組的下入和檢出作業，其構成管柱包括外層生產管柱和內層生產管柱。

外層生產管柱設計參數：在原井油管掛位置使用 θ139.7mm 油管掛，懸掛 Δ0139.7mm 套管柱，套管柱外側安裝套管護罩實現液控管線保護。套管柱下端連接 θ88.9mm 油管柱， θ88.9mm 油管柱從上至下依次連接液控滑套、深井安全閥和0152.4mm定位密封； θ88.9mm 油管柱下端連接 073.025 mm油管柱，包括帶孔管和引鞋。

內層生產管柱設計參數：油管四通上部增加升高法蘭，升高法蘭上端坐落原井 θ88.9mm 油管掛，θ88.9mm 油管掛安裝K635型電纜穿越器，下端依次懸掛井口偏移短節和井口馬籠頭。鋼絲動力電纜從井口延伸至井下并依次連接井下馬籠頭、密封筒及伸縮裝置、擴張式封隔器及水力錨等井下工具串，井下工具串下端連接潛油電機。

3.2 試驗結果

為確保高承載動力電纜投撈電泵技術在海上油田的順利實施，選取陸地實驗井L3井進行地面試驗，L3井為一口定向水平井，實驗井斜深 2350m 采用套管射孔完井， δ304.8mm 表層套管 +0139.7 mm技術套管 +088.9mm 油管，下入深度 2024m 。本次實驗在 θ88.9mm 油管內進行；將連接好的管柱通過電纜收放裝置下入實驗井，連接深井安全閥，接安全閥控制管線，對控制管線接頭打壓34.5MPa ，穩定 10min ，壓力不降；隨后適當降壓至24.1MPa ，保持壓力繼續下井（井下安全閥處于打開狀態）；連接 θ88.9mm 套管，下管柱到設計位置，下壓30～50kN ，環空打壓至 15MPa ，穩壓 15min ，正注壓力至 10MPa ，穩定 30min ，驗證頂部封隔器密封性；核對套管下入深度后準備配管；連接套管掛并提升套管，對控制管線試壓 34.5MPa ，穩壓 10min 壓力不降合格；將控制管線截斷并連接至套管掛底端接口，密封緊固；調整套管掛至正確位置，緩慢下放管柱，套管掛到位后上緊頂絲，退出套管提升裝置。連接地面地源起泵生產，實驗井順利啟井，穩定運行2天后手動關井。本次陸地試驗達到預期效果，井下各項參數無異常，實驗井產出穩定，既驗證了該技術的可行性，也驗證了設備的可靠性。

高承載動力電纜投撈電泵技術適應于無修井機平臺進行檢泵作業，首次作業需下入生產套管，作業費用較高，受限于管柱內徑、電纜強度、電泵效率等原因，高承載動力電纜投撈電泵技術適用于日產液量小于 300m³ 、泵吸入口氣液比小于 10% 、油井出砂量小于 0.05%. 、泵掛深度小于 1500m 的油井。

4 現場應用

4.1 試驗井情況

F1H井是館陶油組的一口水平井，于2011年投產，油層中部垂深 1378m ，油層厚度 20m ，水平段長 400m，0139.7mm 篩管裸眼完井，采用優質篩管礫石充填完井，防砂管柱最小內徑為 73.0mm （密封筒）。該井下入材質J55的 θ339.73mm 技術套管，下深 253.6m ；下入材質N80的 θ244.48mm 生產套管，下深 1 755.6m ，最大井斜 92^° （對應斜深2161m） 。F1H井于2019年電泵故障下線，故障前工頻時計量日產液 104m³/d， ，日產油 12m³/d. 含水88.9% ，泵工況故障后無法讀取壓力數據。

4.2 施工步驟

（1）作業前準備先移井架，物料就位，洗、壓井，連鉆桿。

（2）利用修井機起出原井普通合采管柱。

（3）下入外層生產管柱。管柱組合：引鞋 + 帶孔管 +062.00mm 油管 +0152.40mm 定位密封 +σ88.90mm 油管 + 深井安全閥 +088.90mm 油管 + 變扣 +0139.70mm 套管 ^?+0139.70mm 套管掛。

（4）安裝升高法蘭。

（5）安裝下入內層管柱。地面連接井下機組、連接井下專用工具及鋼絲電纜、再通過大功率收放機下入機組和電纜。

（6）拆立管、防噴器組。

（7）安裝采油樹及井口設備。將上接頭安裝在電纜穿越器主體上，并將上接頭電纜與井口接線箱連接，安裝采油樹并對鋼圈連接處試壓 20.69MPa10min 壓力不降為合格，連接地面管路恢復流程。

（8）坐封封隔器、水力錨。

（9）測試調整參數并進行啟泵。

（10）場地清理及生產跟蹤。

4.3 應用效果

2023年10月渤海油田首口高承載動力電纜投撈電泵F1H井順利上線，現場監測該井穩定生產時日產油 20m³/d ，已恢復下線前產量；截至2024年11月底，已穩定生產約 400d 。該井的成功實施，標志著高承載動力電纜能在大通徑油管和采油樹中起下電泵，能有效替代傳統的鉆/修井機檢泵。

5 經濟效果評價

結合本次實驗井的實際情況分析，若僅考慮單次作業成本（不含電泵租賃費用），首次作業費用較高的主要原因在于器材成本支出。具體表現為：相較于常規修井作業，其費用略高；但若與鉆井船檢泵作業對比，則可顯著降低成本。

（1）高承載動力電纜投撈電泵施工周期1～2d，可根據海況和船舶資源靈活調整；不受鉆井船資源、拖航、就位、海況等環節限制；對比普通修井機檢泵作業5d，提升效率1.5倍；若對比常規鉆井船檢泵周期10d，能提升4倍效率。

（2）普通修井機檢泵需要修井人員約30名左右，利用本技術進行動力電纜投撈電泵約能降低施工修井人員至15人左右，能有效節省人員成本。

（3）利用動力電纜投撈電泵費用約在100萬～200萬元左右，約為常規檢泵費用的1/3，約為鉆井船檢泵費用的1/8。

高承載動力電纜投撈電泵的成功應用不僅能有效減少作業人員、降低作業成本，同時減少躺井時間，進一步提升油井的產能。

6結論

（1）采用高承載動力電纜投撈電泵技術作業不需要起出、更換原生產管柱及井下工具，縮短了作業工期，避免了洗井與壓井液對儲層的傷害，起到了儲層保護作用。（2）針對儲量小、開發指標低的邊際油田，采用高承載動力電纜投撈電泵技術能更加有效地節省投資成本；通過新舉升工藝、新技術的探索創新，極大地提高了無修井機平臺檢泵作業時效。（3）此項技術的應用解決了無修井機平臺躺井后檢泵難、修井成本高的難題，為今后檢泵作業技術向多元化、少人化方向發展提供了新思路。

參考文獻

[1]張慶輝，魏剛，許杰，等.海上邊際油田鉆完井關鍵技術及其綜合應用[J].石油科技論壇，2010，29（3）：39-42.ZHANGQinghui，WEIGang，XU Jie，etal.Keyoffshoremarginaloilfield drillingand completion technologies [J].Oil Forum，2010，29（3）：39-42.

[2]黃啟忠，朱學海，石博士，等.渤海油田電潛泵出租方的主要應對措施和效果[J].海洋石油，2009，29（4）：94-98.HUANGQizhong，ZHUXuehai，SHIBoshi，etal.Themaincounter-measures of ESP lessor and itseffectsin the Bohai Bay[J].Off-shore Oil，2009，29（4）：94-98.

[3]周勇，薛瑾，張綱，等.投撈電纜式潛油螺桿泵技術研究及現場試 驗[J].鉆采工藝，2018，41（6）：43-45. ZHOU Yong，XUE Jin， ZHANG Gang， etal.etc research and field test of cable type submersible screw pump technology for fishing[J].Drillingamp; Production Technology，2018，41（6）： 43-45.

[4]葛嵩，于志剛，袁輝，等.連續復合管纜投撈式人工舉升技術研究 [J].石油機械，2024，52（7）：123-127. GESong，YU Zhigang，YUANHui，etal.And othersresearchon continuous composite pipe cable fishing artificial lifting technology[J] .PetroleumMachinery，2024，52（7）： 123-127.

[5]于志剛，宋立志，范遠洪，等.無修井機投撈式潛油電泵技術研究 與應用[J].特種油氣藏，2021，28（3）：157-161. YU Zhigang，SONGLizhi，FANYuanhong， etal.Studyand application of fishing electric submersible pump technologywithout workover rig[J]. Special Oilamp; GasReservoirs，2021，28（3）：157- 161.

[6］李忠杰.Agadem區塊潛油電纜連接改進及應用[J].鉆采工藝， 2018，41（5）：128-130. LI Zhongjie. Improvement and application of submersible cable connection in Agadem block[J].Drillingamp; Production Technology， 2018，41（5）： 128-130.

[7］張海軍，張炳軍，孫建偉，等.萬米超深井可釋放馬籠頭的研制與 應用[J].測井技術，2024，48（4）：465-467. ZHANG Haijun，ZHANG Bingjun，SUN Jianwei，et al.Development and application of releasable cable head in 10000m ultra deep well [J] .WellLogging Technology，2024，48（4）： 465-467.

[8]楊化東.海洋無鉆修機平臺修井作業方式［J］.中國海洋平臺， 2022，37（2）：104-108. YANG Huadong.Workover operation mode of offshore platform withoutworkover rig[J].China Offshore Platform，2022，37（2）： 104-108.

[9]黃靈剛，付軍，鄭旭，等.一種應用于投撈式機組的三芯鋼絲電纜 緊固馬籠頭：CN217388191U[P].2022-09-06. HUANG Linggang，FU Jun，ZHENG Xu，etal.A three core steel wire cable fastening horsehead applied to a fishing unit： CN217388191U[P] .2022-09-06.

[10]付軍，黃靈剛，黃新春，等.一種井下動力電纜和小扁電纜的連接 工作筒：CN217501578U[P].2022-09-27. FU Jun，HUANG Linggang，HUANG Xinchun，et al.A working cylinder for connecting underground power cables and small flat cables：CN217501578U[P].2022-09-27.

（收稿日期：2024-10-23；修回日期：2025-01-03）