电泵井生产管理与维护手册--李霖

CNOOCLtd.Tianjin中海石油（中国）有限公司渤中25-1作业公司电泵井生产管理与维护手册前言电潜泵采油是BZ25-1油田的主要采油方式，要想油井稳产、长寿、节约开采成本，必须在油井管理方面下功夫，也就是要熟悉并掌握电潜泵井的维护与管理。随着新平台的投产，大量新员工的加入，为了使他们尽快地成为一名合格的采油操作工，必须提高他们的油井的管理水平，对于完成公司3000万吨的宏伟目标就显得非常重要。为此，在吸纳一些参考资料、书籍及自己的工作经验编写出《电泵井生产管理与维护手册》。该手册共分为十二章，系统介绍了电潜泵系统组成及其作用、电潜泵工作原理、电潜泵采油系统相关名词、电潜泵工况分析与计算、电潜泵故障诊断与处理、电泵井在生产过程中异常情况处理、电泵井生产动态分析、电泵井操作规程及日常管理制度等内容，影响电泵井生产因素很多，有人为的，也有客观因素，对于客观因素，如地层、流体、井况、井下工具及电泵机组、井口采油树、地面管线、地面设备等，人为因素是误操作或没有按正确操作规程执行。该手册虽能提高操作工的电泵井维护与管理水平，但在工作中必须要有一个良好的工作态度、扎实的基本功、善于分析与总结，方可解决油井在生产中出现的问题，保证油井正常生产。由于作者水平有限，书中难免会有错误的地方，欢迎批评指正。在手册的编写过程中，得到了BZ25-1油田相关领导的重视及大力支持，在此一并表示感谢！目录第一章BZ25-1油田简介第二章电泵井维护与管理的重要性第三章电潜泵采油系统组成及其作用3.1井下系统组成及作用3.2地面系统组成及作用3.3工频控制流程3.4变频控制流程第四章电泵井常规管柱第五章电潜泵采油工作原理第六章电潜泵采油系统相关名词6.1油井气液比6.2电潜泵井安装套管定压放气阀的作用6.3电泵井动液面、静液面、沉没度6.4气锁、气蚀6.5油压、套压、流压、静压、生产压差、采液指数6.6油井结蜡的危害6.7油井内砂子的来源第七章电泵井工况分析与理论计算7.1井底流压、油井产能预测7.2油井总动压头计算7.3电机输出功率、泵效率计算7.4变频调产时的排量、扬程、功率与频率之间的关系第八章电潜泵故障诊断与处理8.1电机及保护器故障诊断与处理8.2电缆故障诊断与排除8.3电泵故障诊断与处理8.4井液引起的故障诊断与排除8.5套管气引起的故障诊断与排除8.6油井供液不足引起的故障诊断与排除8.7管柱漏失判断与处理8.8机组匹配不合理引起的故障判断与处理8.9电潜泵故障原因与排除方法对照表第九章电泵井在生产过程中异常情况处理9.1油井电流下降9.2油井电流上升9.3计量产液下降9.4计量产液上升9.5套压升高9.6油井含水率变化大9.7油井井底流压变化第十章电泵井生产动态分析第十一章电泵井操作规程11.1电泵井起动前程序11.2电泵井投产前准备程序11.3电泵井变频启动程序11.4电泵井工频启动程序11.5电泵井关停后的再启动程序11.6电泵井憋压操作规程第十二章电泵井的日常管理制度12.1电泵井日常巡检制度12.2检泵井及卡水井再生产的初期管理制度12.3油嘴、采油树阀门的日常管理制度12.4电潜泵地面电气设备的预防性维护制度12.5电潜泵运行状况及油井生产状况分析制度12.6电泵生产应知内容第一章BZ25-1油田简介BZ25-1/BZ25-1S油田位于渤海湾东南部海域，地理坐标为东经11900~11915，北纬3810~3820。该油田在塘沽东南约150km处，距岸最近距离为25km。距秦皇岛32-6油田93km。油田所处海域平均水深约19.0m。BZ25-1/BZ25-1南油田的发现阶段主要为1997年--1999年。BZ25-1油田基本探明石油地质储量5,649×104m3，含油面积25.9km2；BZ25-1南油田基本探明石油地质储量15,303×104m3，含油面积58.1km2，基本探明天然气地质储量5.7×108m3，含气面积1.9km2。BZ25-1/BZ25-1S油田有六座井口平台（WHPA/B/C/D/E/F）在生产运行，还有二座井口平台正在建设中（BZ19-4WHPA、BZ19-4WHPB），一个单点系泊（SPM）和一艘浮式生产储油装置（FPSO），及连接各井口平台的油、气、水混输海底管线6条,注水管线5条，海底电缆6条。各井口平台油井产出的油气水混合物通过海底混输管线送至FPSO进行处理，在FPSO上进行油、气、水三相分离，分离出的原油经加热、再脱水、冷却后进入工艺舱继续沉降，达标后进入货油舱储存；分离出的天然气用作发电机组的主要燃料；分离出的生产水经处理合格后送回各井口平台回注地层。BZ25-1WHPFBZ25-1WHPABZ25-1WHPCBZ25-1WHPBBZ19-4WHPBBZ19-4WHPABZ25-1WHPDBZ25-1WHPESPMFPSOBZ25-1WHPFBZ25-1WHPABZ25-1WHPCBZ25-1WHPBBZ19-4WHPBBZ19-4WHPABZ25-1WHPDBZ25-1WHPESPMFPSOBZ25-1与BZ19-4平台位置图第二章电泵井维护与管理的重要性截止目前，BZ25－1/BZ25-1S油田共有油井117口，平均日产液量6830方，平均日产气量206100方，日注水量4000方，气液比30.2方/方注采比为1：1.7，其中电泵井105口，占油井总数89.7%，日产液量6270方，日产油量3665方，日产气量85620方；自喷井12口，占油井总数10.3%，日产液量560方，日产油量554方，日产气量120500方，其数据见表一。表一类别井数日产液(m3/d)日产油(m3/d)日产气(m3/d)日注水(m3/d)气液比(m3/m3)注采比(m3/m3)自喷井1248648078562－－－电泵井1057604414055215－－－合计11780904620133777550016.51：1.47BZ25－1/BZ25-1S油田自2003年投产以来，已连续开采5年，弹性驱动能量在下降，注水未跟上，目前注采比为1：1.47，导致先期的自喷井失去自喷能力，油井见水早，油井含水逐年在上升，油井日产油量也是逐年在下降，目前新井又比较少，措施也不多，要保持油田稳产，减少躺井数，就必须在油井管理上下功夫。电泵井占油井总数90%左右，如何提高电泵井生产管理水平，对油田产量，对公司2010年的3000万吨的宏伟目标尤为重要。第三章电潜泵采油系统组成及其作用电潜泵采油系统主要由井下和地面两部分组成，如图3-1所示。图3-1电潜泵采油系统组成示意图变压器电控柜井下安全阀电缆封隔器电缆穿透器生产油管油气分离器潜油电机控制管线放气阀卸油阀单流阀套管井口动力电缆多级离心泵泵保护器接线盒油层3.1井下系统组成及作用电潜泵井下系统主要由电机、保护器、油气分离器、多级离心泵、动力电缆、电缆封隔器、井下安全阀、单流阀、测压阀／泄油阀、测压装置（PSI／PHD）、扶正器等组成。（1）电机电潜泵电机又叫潜油电机，它给电潜泵机组提供动力，将电能转变成机械能。其特点：●机身细长，一般直径160mm以下，长度5～10m，有的更长，长径比达28.3～125.2；●转轴为空心，便于循环冷却电机；●启动转矩大，0.3s即可达到额定转速；●转动惯量小，滑行时间一般不超过3s；●绝缘等级高，绝缘材料耐高温、高压和油气水的综合作用；●电机内腔充满电机油以隔绝井液和便于散热；●有专门的井液与电机油的隔离密封装置一一保护器（2）保护器保护器位于电机与气体分离器之间，有四个方面作用：①密封电机轴动力输出端，防止井液进人电机；②保护器充油部分允许与井液相通起平衡作用，平衡电机内外腔压力，容纳电机升温时膨胀的电机油和补充电机冷却时电机油的收缩和损耗的电机油；③通过其内的止推轴承承担泵轴、分离器轴和保护器轴的重量及泵所承受的任何不平衡轴向力；④起连接作用，连接电机轴与分离器轴，连接电机壳体与分离器壳体。保护器的种类很多，从原理上可以分为连通式保护器、沉淀式保护器和胶囊式保护器等三种。BZ25-1油田采用的是复合式，上部是胶囊式保护器，下部接一个沉淀式保护器，有MBL（胶囊式+沉淀式）、MBBL（双胶囊式+沉淀式）等复合式。保护器作用比较大，失效将使井液进入电机，使电机烧毁。（3）油气分离器油气分离器，简称分离器，位于潜油泵的下端，是泵的入口。其作用是将油井生产流体中的自由气分离出来，以减少气体对泵的排量、扬程和效率等特性参数的影响，和避免气蚀发生。按不同的工作原理，可将其分为沉降式（重力式）和旋转式（离心式）两种。目前油田采用的是一级或二级旋转式。（4）多级离心泵多级离心泵，简称潜油泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵分节，节中分级，每级就是一个离心泵。潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种。（5）测压装置电潜泵井测压系统有两大类，一类是电子式的，一类是机械式的。主要用于监测油井的供液和电机工作温度情况。电子式的有PHD(pressureheatingdetection，即压力、温度检测器)和PSI(pressuresensinginstrument，即压力传感器)两种，可以进行连续监测；机械式的也有两种，一种是测压阀，一种是毛细管，前者通过钢丝作业实施但不能连续监测，后者利用地面氮气通过毛细钢管传递压力，可以连续工作和监测。(6）动力电缆动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送电力纽带的通道，是一种耐油、耐盐水、耐其它化学物质腐蚀的油井专用电缆，工作于油套管之间。分为小扁电缆（又叫电机引线，俗称小扁）、大扁电缆（俗称大扁）和圆电缆，按温度等级可以分为90℃、120℃、150℃等3个等级，部分厂家还可生产更高等级的潜油电缆。(7)电缆头电缆头是电机和电缆连接的特殊部件，其质量好坏直接关系到电机的运行寿命，要求较高的电气和机械性能。目前，各个电潜泵生产厂家都有自己独特的产品，种类较多。从性能和结构分为两种：缠绕式和插入式(8）单流阀单流阀一般安装在泵出口1~2跟油管处，采用标准油管扣于上下油管连接。它在Y管柱结构油井中使用，主要作用：●保持足够高的回压，使得泵启动时做功较小，启动容易；●防止停泵时油管内的赃物下沉而卡泵；●防止停泵后流体回落引起机组反转脱扣；●便于生产管柱验封。(9）泄油阀泄油阀一般安装在单流阀以上1~2跟油管处，它是检泵作业上提管柱时把油管内流体排放到套管内，以减轻修井机负荷、防止井液污染平台甲板和流入海洋造成环境污染。泄油阀目前有两种：投棒泄流、投球液力泄流。前者用于稀油和高含水油井比较合适，用于稠油井泄油成功率低；后者可以重复使稠油井泄油更好，成功率高。泄油阀在普通管柱结构油井中使用。(10）扶正器扶正器主要用于斜井，位于电机尾部，使电机居中，使得电机外部过流均匀，散热环境好，防止电机局部高温而损坏。“Y”型管柱井不采用。(11）电缆护罩电缆护罩与电缆一起通过绑带固定在油管外表面，防止电缆在下井过程中受到机械损伤。分大扁护罩和小扁护罩两种。小扁护罩结构一般是槽钢结构，尺寸较小。大扁护罩有笼形结构和筒形结构两种，3.2地面系统组成及作用电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变频变压器、工频变压器、控制柜或变频器、变频器集中切换控制柜、接线盒和采油树井口等组成。(1)变压器电潜泵专用变压器的工作原理与普通变压器基本相同，由FPSO提供的35KV电压输送到平台，通过平台一级变压（35KV—6300V）、二级变压（6300V—400V），然后输入到变频变压器及工频变压器，进一步升压到电泵机组所需的工作电压。（2）控制柜潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运行参数监测和电机保护的控制设备，分手动和自动两种方式。其作用：短路保护、三相过载保护、单相保护、欠载停机保护延时再启动、自动检测和记录运行电流、电压等参数。（3）变频器变频器是将固定电压和固定频率输入的电源改变为电压和频率均可调而输出的电源的一种电气传动装置。具有以