油田潜油电泵井解卡技术措施与实践

油田潜油电泵井解卡技术措施与实践

丁社红

机械采油技术服务研究所 河南濮阳 457001

摘要：潜油电泵采油是海上油田应用最广泛的人工举升机械采油方式，渤海油田潜油电泵井的数量占到总井数的85%左右，产量占到90%左右。潜油电泵遇卡，是导致过载停机油井无法正常生产重要原因，也是影响电泵使用寿命和油井生产时率的主要因素。在稠油井、出砂井、结垢井和含蜡井中，这一问题更加突出。本文针对潜油电泵井生产运行中的卡泵问题的原因进行了系统分析，并提出相应的解卡技术措施，为潜油电泵的现场管理使用提供建议。通过改进操作方式及方法的实践，有效地减轻了员工劳动强度，延长潜油电泵井检泵周期，减少油井检泵费用。

关键词：潜油电泵卡泵；解卡方法；检泵周期；修井费用

1潜油电泵遇卡原因分析

1.1 油井出砂

油井出砂主要是受到地质条件、开采因素的影响，造成油井出砂的原因主要有两点：①地质条件影响，砂岩油层应力平衡状态的变化，岩石的胶结状态，以及渗透率的不同，导致原油开采时，砂粒随着原油流入井筒；②开采因素影响，固井质量、射孔密度以及油井生产工作制度即生产压差的大小，影响油井是否出砂。当油井出砂时，细砂将对潜油电泵机组产生一定的磨损，堵塞泵内液体的流道，甚至卡住了叶轮转动，而导致电机过载停机。

1.2 油井结垢

在原油开采过程中，原油本身都会和井壁岩石发生一定的化学反应，从而产生大量的反应物沉积于井壁表面，这种现象称为油井结垢。油井结垢后，使得原油的流动阻力增大，潜油电泵运行所需要的电压或电流也会随之增大，当超出额定电压或电流时，即会引起卡泵问题。同时，开采出的原油将带出大量的污垢，污垢可能引起潜油电泵堵塞，从而产生卡泵问题。

1.3 油井结蜡

原油在从井底到被开采出地面的过程中，其温度会不断下降，石蜡的溶解度也会相应的下降，从而使得大量的石蜡析出。析出的石蜡将沉积在管壁的某一位置，从而造成油井结蜡。当油井结蜡严重时，原油的流动阻力会急剧增加，潜油电泵的效率会大幅下降。石蜡在泵内的聚集积累，使泵的转动扭矩也会急剧增大，工作所需要的电压电流也会相对增加，当增加超过额定电压电流时，就会出现卡泵问题。

1.4 潜油电泵卡塞对电机启动的影响

潜油电泵在正常启动情况下是轻载启动，电机的负载只有泵、分离器、保护器等的转动部件的重力，泵内的液体重力，以及泵、保护器和分离器的阻力，因叶导轮中的原油可起到润滑作用，一般情况下启动时间为0.08～0.1s，0.2s达到全速运行。正常情况下电机的启动电压位额定电压的65%时，电泵就能一次启动成功（电机的最大启动力矩为额定力矩的3.7倍），电机的启动力矩与电压的平方成正比，电压下降10%，启动力矩下降近19%。此外，根据电机的启动负荷与启动时间的关系可知，电泵的启动时间越短，动负荷越大，所以适当延长启动时间可以降低动负荷。电机启动时电网电压向上波动，缩短启动时间，如果动负荷超过力矩屈服极限，那么泵轴可能断裂。但是启动时间也不可拖的过长，试验表明，启动时间延长190%，瞬间发热量上升160%。一般启动时间在0.2～0.3s为宜。这样既能消除动负荷，又不会使电机过热。如果电泵内存在堵塞，或者泵流道内因砂、垢、蜡以及稠油污泥杂质造成软卡或硬卡，启动时所需启动扭矩需要远大于正常工况下所需启动扭矩，此时如果为砂、垢等杂质造成的硬卡，必须提高电机的启动电压，增大电机启动扭矩；如果电泵是因为稠油或井筒死油所造成的软卡，则需要延长启动时间，降低动负荷，逐步转动起来。

2潜油电泵解卡技术措施

2.1 正/反循环洗井解卡

正/反循环清洗井筒、电泵流道是油田现场常用的解卡方案。正/反循环洗井的采油平台应具备泥浆泵或增压泵的洗井液增压设备，如无增压设备，可考虑注水井或油井。洗井液可以是地层热水、柴油、配置液。配置液可以含酸液有利于除垢解堵，可以添加乳化剂有利于消除乳化等引起的卡堵。通过对卡泵生产井井身结构、井下管柱结构、油藏参数、油品性质及其他油井潜油电泵参数、目前的生产情况、举升余量等进行分析计算，制定卡泵油井循环洗井的工艺方案。方案思路为：通过高压软管将洗井增压泵与卡泵井服务管汇连接起来，洗井液导入到卡泵井的油套环空，最后从油管中产出，达到清洗机组井筒的目的。操作时需要注意：①控制洗井压力，现场实践应用表明，为了保护潜油电缆的电气性能，反洗井压力≤5MPa，正洗井≤10MPa；②洗井流量应满足卡泵井井口有连续返出为宜。

2.2 调相序反转解卡

调相序反转解卡的类似于退扣的作用，导致卡泵的异物随着机组正转时会越卡越紧，机组反转一定程度上能松动异物解卡。潜油电机是三相异步电动机，其定子绕组通入三相交流电会产生旋转磁场，磁场的旋转方向取决三相交流电的相序，改变相序，就能改变磁场旋转的方向，从而改变电动机的转向。交换任意两相定子绕组的接入顺序就改变了相序。将潜油电泵变压器上任意两相电源线进行互换或通过变频器进行电源换相，使潜油电泵反向运转，尝试反转解卡。

2.3 变频控制调参解卡

对于变频控制潜油电泵井，通过调参数缩短潜油电泵加载时间，提高启动冲击力，有利于解除软物卡泵。参数优化方法如下：①过载值由120%调整到150%；②零频电压提升5%～10%；③加速时间优化为20s；④启动频率由30Hz降为10Hz；变频器解卡时可以实现平滑的启动，到达设定频率的时间可以延长，启动电流是额定电流的1.2～1.5倍，启动转矩为70%～120%的额定转矩，对于带有转矩自动增强的变频器，启动转矩可以为100%以上，可以带全负载启动。

（1）零频（启动）电压的分析：由于变频器和变压器通常的输出是按照V-F线性关系进行控制，如图1所示。当频率下降图1 变频器线性关系控制图时，变频器的输出电压跟着下降。如果负载转矩不变，电阻压降不变，其在电源电压中占的比例将增大，会导致磁通减小。对于电泵因砂、垢或蜡等杂质造成的硬卡需解卡时，为提高电机的启动扭矩，可通过提高变频器启动电压对电机内阻及电缆产生的电压降进行补偿，以提高电机励磁电压，达到提高启动扭矩的目的。

（2）加速时间的分析：当遇到稠油、聚合物等软性卡堵时，需要尽量延长启动过程，逐步转动起来，因此需要延长加速时间设置为10～20s（默认加速时间3s）。当遇到稠油、聚合物等软性卡堵时，需要尽量延长启动过程，逐步转动起来，因此需要延长加速时间设置为10～20s（默认加速时间3s）。

（3）启动频率的分析：在低频率下启动，主要考虑潜油电泵所需轴功率小。当频率减小时，轴功率成立方关系变化，因此在低频情况下，容易满足电机提供的扭矩大于泵转动所需扭矩，从而实现转动。

2.4 工频控制启动解卡

变频控制具备软启动功能，启动时冲击电流被消除，电动机转速随频率的变化逐步平稳升速，对保护潜油电泵和潜油电缆非常有利。但依靠冲击解卡方法解决潜油电泵泵卡故障时，变频器控制潜油电泵缓慢加载的特性是电泵解卡的不利因素。利用工频起动，起动冲击力大，瞬间扭矩较大利于解卡。工频启动有如下特点：①直接接工频（50Hz）电源启动，启动电流大，定子电流可达额定电流的5～7倍；②启动过程快，启动过程中转矩的动态范围大，加速过程快，对机械的冲击也大。对于工频控制潜油电泵，适当延长过载短延时设定值，多次启泵可冲击解除泵卡。

3结论及建议

在现场实际应用中常采用以上解卡措施组合使用，才能发挥出最佳潜油电泵井解卡效果。（1）工频柜启动方案对解除潜油电泵卡泵问题是有效的，在不具备工频柜的生产平台，可以考虑利用集装箱式移动工频柜配合使用解卡。（2）在经过多次尝试最终工频控制启动已无法解卡时，只能通过修井检泵恢复油井生产，原井下机组可以通过返修翻新处理再次使用也可做报废处理。（3）对易发生卡泵的油井，进行机组优选时，考虑采用宽幅或宽流道潜油电泵，可以有效防治泵卡。

参考文献：

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