潜油电泵常见故障分析及提高采收率方法研究

吴碧常

（大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163000）

我国大部分油田目前均处于开发的中后期，油井含水率逐年升高，潜油电泵作为重要的机械采油设备在油田得到了广泛应用，并不断创新、发展成为一整套系统，而不是单一的采油设备，截止2018 年低，我国潜油电泵井已达8000 余口，约占机械采油井总数的15%，是油井提高采收率的有效方法，油田高产、稳产的有效保证。

1 潜油电泵系统的构成

潜油电泵系统包括硬件和软件两部分，硬件部分主要包括多级离心泵（混流式泵），工艺阀组，潜油电机，变压器，变频器，配电柜，保护器及其它元、器件，如潜油电缆、接线盒、大小头等；软件部分主要包括系统优化、选型程序，井下工况、参数监控分析程序，数据统计、分析、远传程序，故障诊断、分析程序等。其中泵扬程、排量及电机功率选择受井深、出液量等参数的限制。

2 潜油电泵系统的优缺点

2.1 优点

（1）排液量大是潜油电泵系统的主要优点，但目前该采油方式也应用于低产油井的开采。

（2）该系统可把油井上部水层的水转注到下部的注水层中。

（3）地面部分占用空间小，外型美观，泵及电机位于井下，噪音小，同时易于管理，操作简便。

（4）具有广泛的适应性，无论是水平井、斜井还是海底油井，均可应用该系统采油且效果良好。

（5）容易处理腐蚀和结蜡。

（6）容易安装井下压力及温度等测试装置，并通过电缆将测试信号传递到地面，进行测量读数。

（7）为适应油井产量递减或发生变化，可采用变频装置调节电源频率来实现，但投入费用较高。

（8）免修期较长，油井生产时效相对比较高。

2.2 缺点

（1）潜油电泵下入深度受电机额定功率的限制，套管尺寸和井底高温时潜油电泵的下入深度受到限制。大型高功率设备没有足够的环形突然空间冷却电机，会缩短电机的使用寿命。

（2）由于多级大功率潜油功率比较昂贵，使得初期投资比较高，特别是电缆的费用较高。如果需要搞腐蚀或耐高温，则费用会更高。

（3）由于整套装置都安装在井下，一旦出现故障，需要起出全部管柱进行修理，导致作业费用增加和停产时间过长。

（4）井下高温容易使电缆出现故障，高温、腐蚀和磨损可能造成电机损害。高气油比会使升举故障降低，而且会因气锁使泵发生故障。

（5）动力源仅适应采用电源。

3 潜油电泵系统常见故障及其产生原因

由以上介绍可知，与抽油机深井泵等其它机械采油方法相比，潜油电泵在技术、应用、管理等诸多方面均有明显优势，但受恶劣的井下环境、制造原材料局限性的影响及运行时间的延长，系统会发生一些常见故障，主要有如下2 种。

3.1 潜油电泵欠载或不出液

引发欠载潜油电泵或不出液的原因一般有：（1）油层供液量不足，或异物堵塞防砂筛管引起供液量减少。（2）井下工况变化，泵扬程不够。（3）各种原因引起的管柱漏失，如：泄油阀、沉砂管、油管泄漏或刺穿。（4）油井含水率较低时，常出现的气锁现象。（5）分离器或潜油泵的轴断开。（6）泵及管柱出现泥浆堵或砂堵。

3.2 潜油电泵运行中发生过载

引发潜油电泵系统过载的原因一般有：（1）电机中进入井液引起的过载，如电机壳体腐蚀破损、电机电缆接头部位密封不严。（2）系统保护器突然失效。（3）井液粘度、密度等参数比预测值大。（4）电机启停过程中瞬时电流过大或供电系统电压波动过大引起绝缘层老化或击穿。（5）由某些原因引起的电机超负荷运转时间较长，造成系统过热，绝缘层损坏。（6）由出砂引起泵卡及井下作业过程中造成的电缆机械损伤。

4 调整潜油电泵系统参数，提高油井采收率

提高油井采收率，首先保证潜油电泵系统的正常运转，生产管理过程中，除了一些日常检查和应急故障处理，还应通过监测、监视系统，对潜油电泵系统自身的运转参数、工作环境数据进行分析、整理，采取相应措施，规避故障风险，尤其对油井套管内气体，合理排放，确定适当的套压值，重点关注电流卡片上的电流波动范围，分析反应泵效的特性曲线，使系统尽量在设计的额定范围内工作。

4.1 合理排放电泵井套管内气体、确定适当套压值

潜油电泵系统提升井液，加大了油井产量，增大了产液在地层内的流速，造成地层压力下降较快，产液在地层内达到饱和蒸汽压，气体从井液脱离形成游离气体，同时，在一定压力下，井液溶解部分气体，进入电泵气体量达到一定数值，使系统出现欠载停机的风险加大。电泵井内井液进入泵体前须经系统分离器脱气处理，当井液中气体占比较高时，超过了分离器的处理能力，就会使大量气体随井液一起进入泵系统，降低系统提升效率，甚至产生气蚀，影响泵的寿命。因此合理排放电泵井套管内多余气体，气液比及井液密度达到或接近经计算所得的理想数值，不仅可以提高潜油电泵系统效率，增加油井产量，还可以大大延长电泵系统的使用寿命，降低采油成本。

潜油电泵采油过程中，油井套压值的设定也是影响采收率和油井产量的重要因素，由于现实中油层的地质条件非常复杂，每口油井的井下生产环境如地层压力、温度等不同，产液参数如含水率、气油比、饱和压力及产液量等差异也较大因此无法设计一套统一标准来规定油井的套压值，因此，电泵井的套压值不是固定的，而是随着生产条件的变化进行整定。油田电泵井实际生产中一般是通过多次现场实验来确定电泵井套压值，并通过产液量、压力及电流的变化来检验套压值是否满足生产需求。套压值的整定，首先将当前工况下的产液量及套压值记录下来，然后调节套压放气阀，在0.1 ～1.0MPa 区间内上调、下调套压值，同时记录下5 组对应的产液量，并根据多次反复试验统计的数据，汇出产液量随套压变化的关系曲线，油井的实际生产可以根据该曲线选定合理的套压值。

4.2 分析潜油电泵电流卡

每口油井的潜油电泵都有专人定时填写其运转记录卡片，内容包括：油井编号、电泵系统厂家、型号、施工时间、泵挂深度、投产时间、额定电压电流及泵Q、H、P 等参数。其中电流卡片由电流记录仪自动绘制，正常情况下是一条对称且光滑的曲线，表明所选潜油电泵满足油井正常生产需求，实际功率≤额定功率，实际电流值在设计规定范围内波动，并接近额定电流值。如果实际电流值超过规定范围的极限值或在保护器作用下系统停止运转，就应结合系统工况参数和工作环境，分析电流异常原因，找出故障迅速处理，以便尽快恢复生产。

4.3 分析潜油电泵特性曲线

在额定转速下，潜油电泵流量Q、扬程H、功率P 及效率η 等4 个性能参数可形成3 条特性曲线，即Q—H 曲线、Q—P曲线、Q—η 曲线，在特性曲线坐标系中，横坐标均为Q，纵坐标分别为H、P、η，严格来说，每台潜油电泵都有特定的特性曲线，在潜油电泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、轴功率和效率值，通常把这一组相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况。在生产实践中，潜油电泵的运行工况点是通过集输管路的特性曲线与潜油电泵的特性曲线确定的。在选择和使用泵时，使泵在高效区运行，以保证运转的经济和安全。

5 结语

根据我国油田的特殊情况，潜油电泵采油优势明显，电泵井数量逐年增加。近年来我国潜油电泵在研发、设计、制造水平方面快速提高，已走在世界前列，尤其是变频节能装置的应用，使其在采油生产中的应用快速增长。针对开发中后期及含水率高的油田，发挥潜油电泵深抽、大排液量优势，可有效提高油井产量及采收率。