油田潛油電泵井解卡技術(shù)措施與實(shí)踐

油田潛油電泵井解卡技術(shù)措施與實(shí)踐摘要：潛油電泵采油是海上油田應(yīng)用最廣泛的人工舉升機(jī)械采油方式，渤海油田潛油電泵井的數(shù)量占到總井?dāng)?shù)的85%左右，產(chǎn)量占到90%左右。潛油電泵遇卡，是導(dǎo)致過(guò)載停機(jī)油井無(wú)法正常生產(chǎn)重要原因，也是影響電泵使用壽命和油井生產(chǎn)時(shí)率的主要因素。在稠油井、出砂井、結(jié)垢井和含蠟井中，這一問(wèn)題更加突出。本文針對(duì)潛油電泵井生產(chǎn)運(yùn)行中的卡泵問(wèn)題的原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并提出相應(yīng)的解卡技術(shù)措施，為潛油電泵的現(xiàn)場(chǎng)管理使用提供建議。通過(guò)改進(jìn)操作方式及方法的實(shí)踐，有效地減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)潛油電泵井檢泵周期，減少油井檢泵費(fèi)用。關(guān)鍵詞：潛油電泵卡泵；解卡方法；檢泵周期；修井費(fèi)用1潛油電泵遇卡原因分析油井出砂油井出砂主要是受到地質(zhì)條件、開(kāi)采因素的影響，造成油井出砂的原因主要有兩點(diǎn)：①地質(zhì)條件影響，砂巖油層應(yīng)力平衡狀態(tài)的變化，巖石的膠結(jié)狀態(tài)，以及滲透率的不同，導(dǎo)致原油開(kāi)采時(shí)，砂粒隨著原油流入井筒；②開(kāi)采因素影響，固井質(zhì)量、射孔密度以及油井生產(chǎn)工作制度即生產(chǎn)壓差的大小，影響油井是否出砂。當(dāng)油井出砂時(shí)，細(xì)砂將對(duì)潛油電泵機(jī)組產(chǎn)生一定的磨損，堵塞泵內(nèi)液體的流道，甚至卡住了葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載停機(jī)。油井結(jié)垢在原油開(kāi)采過(guò)程中，原油本身都會(huì)和井壁巖石發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的反應(yīng)物沉積于井壁表面，這種現(xiàn)象稱為油井結(jié)垢。油井結(jié)垢后，使得原油的流動(dòng)阻力增大，潛油電泵運(yùn)行所需要的電壓或電流也會(huì)隨之增大，當(dāng)超出額定電壓或電流時(shí)，即會(huì)引起卡泵問(wèn)題。同時(shí)，開(kāi)采出的原油將帶出大量的污垢，污垢可能引起潛油電泵堵塞，從而產(chǎn)生卡泵問(wèn)題。油井結(jié)蠟原油在從井底到被開(kāi)采出地面的過(guò)程中，其溫度會(huì)不斷下降，石蠟的溶解度也會(huì)相應(yīng)的下降，從而使得大量的石蠟析出。析出的石蠟將沉積在管壁的某一位置，從而造成油井結(jié)蠟。當(dāng)油井結(jié)蠟嚴(yán)重時(shí)，原油的流動(dòng)阻力會(huì)急劇增加，潛油電泵的效率會(huì)大幅下降。石蠟在泵內(nèi)的聚集積累，使泵的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩也會(huì)急劇增大工作所需要的電壓電流也會(huì)相對(duì)增加，當(dāng)增加超過(guò)額定電壓電流時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)卡泵問(wèn)題。潛油電泵卡塞對(duì)電機(jī)啟動(dòng)的影響潛油電泵在正常啟動(dòng)情況下是輕載啟動(dòng)，電機(jī)的負(fù)載只有泵、分離器、保護(hù)器等的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重力，泵內(nèi)的液體重力，以及泵、保護(hù)器和分離器的阻力，因葉導(dǎo)輪中的原油可起到潤(rùn)滑作用，一般情況下啟動(dòng)時(shí)間為0.08?0.1s,0.2s達(dá)到全速運(yùn)行。正常情況下電機(jī)的啟動(dòng)電壓位額定電壓的65%時(shí)，電泵就能一次啟動(dòng)成功（電機(jī)的最大啟動(dòng)力矩為額定力矩的3.7倍）,電機(jī)的啟動(dòng)力矩與電壓的平方成正比,電壓下降10%,啟動(dòng)力矩下降近19%。此外,根據(jù)電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷與啟動(dòng)時(shí)間的關(guān)系可知,電泵的啟動(dòng)時(shí)間越短,動(dòng)負(fù)荷越大,所以適當(dāng)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間可以降低動(dòng)負(fù)荷。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電網(wǎng)電壓向上波動(dòng),縮短啟動(dòng)時(shí)間,如果動(dòng)負(fù)荷超過(guò)力矩屈服極限,那么泵軸可能斷裂。但是啟動(dòng)時(shí)間也不可拖的過(guò)長(zhǎng),試驗(yàn)表明，啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)190%，瞬間發(fā)熱量上升160%。一般啟動(dòng)時(shí)間在0.2?0.3s為宜。這樣既能消除動(dòng)負(fù)荷,又不會(huì)使電機(jī)過(guò)熱。如果電泵內(nèi)存在堵塞,或者泵流道內(nèi)因砂、垢、蠟以及稠油污泥雜質(zhì)造成軟卡或硬卡，啟動(dòng)時(shí)所需啟動(dòng)扭矩需要遠(yuǎn)大于正常工況下所需啟動(dòng)扭矩，此時(shí)如果為砂、垢等雜質(zhì)造成的硬卡，必須提高電機(jī)的啟動(dòng)電壓，增大電機(jī)啟動(dòng)扭矩；如果電泵是因?yàn)槌碛突蚓菜烙退斐傻能浛?，則需要延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，降低動(dòng)負(fù)荷，逐步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。2潛油電泵解卡技術(shù)措施正/反循環(huán)洗井解卡正/反循環(huán)清洗井筒、電泵流道是油田現(xiàn)場(chǎng)常用的解卡方案。正/反循環(huán)洗井的采油平臺(tái)應(yīng)具備泥漿泵或增壓泵的洗井液增壓設(shè)備，如無(wú)增壓設(shè)備，可考慮注水井或油井。洗井液可以是地層熱水、柴油、配置液。配置液可以含酸液有利于除垢解堵，可以添加乳化劑有利于消除乳化等引起的卡堵。通過(guò)對(duì)卡泵生產(chǎn)井井身結(jié)構(gòu)、井下管柱結(jié)構(gòu)、油藏參數(shù)、油品性質(zhì)及其他油井潛油電泵參數(shù)、目前的生產(chǎn)情況、舉升余量等進(jìn)行分析計(jì)算，制定卡泵油井循環(huán)洗井的工藝方案。方案思路為：通過(guò)高壓軟管將洗井增壓泵與卡泵井服務(wù)管匯連接起來(lái)，洗井液導(dǎo)入到卡泵井的油套環(huán)空，最后從油管中產(chǎn)出，達(dá)到清洗機(jī)組井筒的目的。操作時(shí)需要注意：①控制洗井壓力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用表明，為了保護(hù)潛油電纜的電氣性能，反洗井壓力W5MPa，正洗井WIOMPa；②洗井流量應(yīng)滿足卡泵井井口有連續(xù)返出為宜。調(diào)相序反轉(zhuǎn)解卡調(diào)相序反轉(zhuǎn)解卡的類似于退扣的作用，導(dǎo)致卡泵的異物隨著機(jī)組正轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)越卡越緊，機(jī)組反轉(zhuǎn)一定程度上能松動(dòng)異物解卡。潛油電機(jī)是三相異步電動(dòng)機(jī)，其定子繞組通入三相交流電會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向取決三相交流電的相序，改變相序，就能改變磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。交換任意兩相定子繞組的接入順序就改變了相序。將潛油電泵變壓器上任意兩相電源線進(jìn)行互換或通過(guò)變頻器進(jìn)行電源換相，使?jié)撚碗姳梅聪蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，嘗試反轉(zhuǎn)解卡。變頻控制調(diào)參解卡對(duì)于變頻控制潛油電泵井，通過(guò)調(diào)參數(shù)縮短潛油電泵加載時(shí)間，提高啟動(dòng)沖擊力，有利于解除軟物卡泵。參數(shù)優(yōu)化方法如下：①過(guò)載值由120%調(diào)整到150%；②零頻電壓提升5%?10%；③加速時(shí)間優(yōu)化為20s；④啟動(dòng)頻率由30Hz降為10Hz；變頻器解卡時(shí)可以實(shí)現(xiàn)平滑的啟動(dòng)，到達(dá)設(shè)定頻率的時(shí)間可以延長(zhǎng)，啟動(dòng)電流是額定電流的1.2?1.5倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%?120%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)的變頻器，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以為100%以上，可以帶全負(fù)載啟動(dòng)。零頻(啟動(dòng))電壓的分析：由于變頻器和變壓器通常的輸出是按照V-F線性關(guān)系進(jìn)行控制，如圖1所示。當(dāng)頻率下降圖1變頻器線性關(guān)系控制圖時(shí)，變頻器的輸出電壓跟著下降。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電阻壓降不變，其在電源電壓中占的比例將增大，會(huì)導(dǎo)致磁通減小。對(duì)于電泵因砂、垢或蠟等雜質(zhì)造成的硬卡需解卡時(shí)，為提高電機(jī)的啟動(dòng)扭矩，可通過(guò)提高變頻器啟動(dòng)電壓對(duì)電機(jī)內(nèi)阻及電纜產(chǎn)生的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，以提高電機(jī)勵(lì)磁電壓，達(dá)到提高啟動(dòng)扭矩的目的。（2）加速時(shí)間的分析：當(dāng)遇到稠油、聚合物等軟性卡堵時(shí)，需要盡量延長(zhǎng)啟動(dòng)過(guò)程，逐步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，因此需要延長(zhǎng)加速時(shí)間設(shè)置為10?20s（默認(rèn)加速時(shí)間3s）。當(dāng)遇到稠油、聚合物等軟性卡堵時(shí)，需要盡量延長(zhǎng)啟動(dòng)過(guò)程，逐步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，因此需要延長(zhǎng)加速時(shí)間設(shè)置為10?20s（默認(rèn)加速時(shí)間3s）。（3）啟動(dòng)頻率的分析：在低頻率下啟動(dòng)，主要考慮潛油電泵所需軸功率小。當(dāng)頻率減小時(shí)，軸功率成立方關(guān)系變化，因此在低頻情況下，容易滿足電機(jī)提供的扭矩大于泵轉(zhuǎn)動(dòng)所需扭矩，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。工頻控制啟動(dòng)解卡變頻控制具備軟啟動(dòng)功能，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流被消除，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨頻率的變化逐步平穩(wěn)升速，對(duì)保護(hù)潛油電泵和潛油電纜非常有利。但依靠沖擊解卡方法解決潛油電泵泵卡故障時(shí)，變頻器控制潛油電泵緩慢加載的特性是電泵解卡的不利因素。利用工頻起動(dòng)，起動(dòng)沖擊力大，瞬間扭矩較大利于解卡。工頻啟動(dòng)有如下特點(diǎn)：①直接接工頻（50Hz）電源啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，定子電流可達(dá)額定電流的5?7倍；②啟動(dòng)過(guò)程快，啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)范圍大，加速過(guò)程快，對(duì)機(jī)械的沖擊也大。對(duì)于工頻控制潛油電泵，適當(dāng)延長(zhǎng)過(guò)載短延時(shí)設(shè)定值，多次啟泵可沖擊解除泵卡。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中常采用以上解卡措施組合使用，才能發(fā)揮出最佳潛油電泵井解卡效果。（1）工頻柜啟動(dòng)方案對(duì)解除潛油電泵卡泵問(wèn)題是有效的，在不具備工頻柜的生產(chǎn)平臺(tái)，可以考慮利用集裝箱式移動(dòng)工頻柜配合使用解卡。（2）在經(jīng)過(guò)多次嘗試最終工頻控制啟動(dòng)已無(wú)法解卡時(shí)，只能通過(guò)修井檢泵恢復(fù)油井生產(chǎn)，原井下機(jī)組可以通過(guò)返修翻新處理再次使用也可做報(bào)廢處理。(3)對(duì)易發(fā)生卡泵的油井，進(jìn)行機(jī)組優(yōu)選時(shí)，考慮采用寬幅或?qū)捔鞯罎撚碗姳?，可以有效防治泵卡。參考文獻(xiàn)：李令喜，李彭年?渤海油田大排量潛油電泵的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2012,34(S0