电泵井生产管理与维护手册.docx
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电泵井生产管理与维护手册
护手册
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电泵井生产管理与维
f融漳y』
CNOOCLtd.Tianjin
前言
电潜泵采汕是BZ25-1汕出的主要采汕方式，要想汕井稳产、长寿、节约开采成本，必须在汕井管理方而下功夫，也就是要熟悉井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汕操作工，必须提高他们的汕井的管理水平，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丸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、电潜泵采汕系统相关名词、电潜泵工况分析与让算、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、井口采汕树、地而管线、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打管理水平，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，方可解决汕井在生产中出现的问题，保证汕井正常生产。
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油出相关领导的重视及大力支持，在此一并表示感谢！
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」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
63电泵井动液而、静液而、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
66汕井结蜡的危害
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・汕井产能预测
7・2汕井总动压头计算
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
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
&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套皆气引起的故障诊断与排除
&6汕井供液不足引起的故障诊断与排除
&7管柱漏失判断与处理
电潜泵故障原因与排除方法对照表
92汕井电流上升
9.3计量产液下降
9・4计量产液上升
9.5套压升高
9・6汕井含水率变化大
9.7油井井底流压变化
第十章电泵井生产动态分析
电泵井起动前程序
电泵井憋压操作规程
12J电泵井日常巡检制度
122检泵井及卡水井再生产的初期皆理制度
12,3汕嘴、采汕树阀门的日常管理制度
12.4电潜泵地而电气设备的预防性维护制度
125电潜泵运行状况及汕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汕W位于渤海湾东南部海域，地理坐标为东经119。
00319。
15^北纬30^3802（X0该汕
W在塘沽东南约150km处，距岸最近距离为25km0距秦皇岛32-6油田93km。
汕出所处海域平均水深约19.0m。
BZ25-1/BZ25-1南汕阳的发现阶段主要为1997年--1999年°BZ25—1汕出基本探明石油地质储M5.649x10^
含汕而积25・9knP:
BZ25-1南油W基本探明石汕地质储量15303xl0'm3,含油而积S&lknV.基本探明天然气地质储量5.7x10含气面积1-9km\
BZ25-1/BZ25-IS汕出有六座井口平台（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）.—个单点系泊（SPM）和一熾浮式生产储汕装置（FPSO）,及连接各井口平台的汕、气、水混输海底管线6条，注水管线5条，海底电缆6条Q
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，分离出的原汕经加热、再脱水、冷却后进入工艺舱继续沉降,达标后进入货汕舱储存：
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。
BZ25-1/BZ25-1S汕ffl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,汕井含水逐年在上升，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，要保持汕阳稳产•减少躺井数,就必须在汕井管理上下功夫。
电泵井占汕井总数90%左右，如何提高电泵井生产管理水平，对油m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而两部分组成，如图3J所
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电潜务
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控制管銀I书f放气阀雯电能转•机t卸油阀档敢流輛
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卿盒扶亦＜器迦，它■余瞠濬牌1组提供动力，将其特点：
井下安全阀
K60mnf以卜’帥Wom,有的更长，
电缆穿透器
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便IP循坏冷却电机:
即可达到额定第逾P管
亍时间一般不趣邈媚心泵泵
秦林細I躺温、油划^飙衲气水的综合作
IL油以隔绝井脚逼于散热；
11机油的隔离辎帀籠翼^一一保护器
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—油层
（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：
密封电机轴动力输出端，防止井液进人电机；保护器充汕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汕和补充电机冷却时电机油的收缩和损耗的电机汕：
通过其内的止推轴承承担泵轴、分离器轴和保护器轴的重S及泵所承受的任何不平衡轴向力：
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汕田采用的是复合式，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）汕气分离器
油气分离器,简称分离器，位于潜汕泵的下端，是泵的入口。
其作用是将汕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，包括固立和转动两大部分。
固楚部分由导轮、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，毎级就是一个离心泵。
潜油泵按叶轮是否固宦分为浮动式、半浮动式和固宦式三种。
（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，前者通过钢线作业实施但不能连续监测，后者利用地而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而控制系统相联系传送电力纽带的通道,是一种耐汕、耐盐水、耐其它化学物质腐蚀的汕井专用电缆，工作于汕套管之间。
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匕、120匸、150-C等3个等级，部分厂家还可生产更高等级的潜汕电缆。
仃）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待的产品，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跟汕管处，采用标准汕管扣于上下汕管连接。
它在Y管柱结构汕井中使用，主要作用：
•保持足够髙的回压，使得泵启动时做功校小，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脫扣；
•便于生产管柱脸封。
（9別油阀
泄汕阀一般安装在单流阀以上1~2跟汕管处，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汕井比较伶适，用于稠油井泄汕成功率低;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立在汕管外表而，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
潜汕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、电圧等参数。
（3）变频器
变频器是将固立电压和固立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。
具有以下几大特点：
1输出频率可在30〜90Hz范围内连续变化，使得电机的转速I700-5130r/niin内变化，泵排量变化范围是额左排量的0.6-1.8倍，扬程范用为0.36~3.24倍；
2可以在8〜1OHz频率下启动电机，可以实现软启动的目的，启动电流只有额左电流的1~1.5倍，大大减少
了电机启动时的电流和机械冲击，利于延长电机寿命；
3可以通过编程控制实现工作频率随汕井供液和负载情况变化，如供液不足时频率降低，泵沉没度大，吸入口圧力高时增大频率，保证不停机改变泵工作参数而减少启动次数,延长泵使用寿命和发挥最好效益：
4可以改变井下电机的电感负荷，提高电机的功率因素,可以平稳保护电机在欠压和超压状态下工作。
（4）变频器集中切换控制柜
对于海上平台来说，就是用一套或多套变频系统控制多台潜汕泵机组分时分别软启动、测井运行、过载启动、正常调产运行、变频/工频切换、停机、数据采集、状态监视等等。
BZ25-1油用用的是五变多控
软启动：
电机启动时由慢慢旋转到不断加快逐渐达到额定转速的一种启动方式。
即用变频器带动电机从OHz、lHz、2Hz……慢慢启动起来最后达到50HZ稳左运行。
软启动对机泵无冲击电流，有利于延长机泵使用寿命，有利于稠油状态下使用。
硬启动：
电机在工频50Hz状态下直接启动，速度快,冲击电流大,频繁硬启动，对机泵损害也大，影响机泵使用寿命。
油稠时电潜泵负载大，往往启动较困难，甚至启动不了。
变频/工频切换：
在变频状态下运行的电潜泵通过转换开关或电子器件转换为工频状态下运行的过程。
同步切换:
当变频电源与工频电源的频率、幅值、相
位一致时,将在变频状态下运行的电机通过电子器件和控制软件转换到工频电源上运行。
海上平台电泵井工作电流的监测是通过华北汕出科达开发有限公司研发的“一变多控自动监控系统”来实现的，触摸式计算机是集键盘、显示屏、系统软件和用户软件为一体的人机操作设备，操作人员只要在屏幕上按相应的按钮和提示即可进行相应的操作，非常直观明了,该系统在操作触摸屏上共有封面、参数输入、电泵启停、数据库、报警记录、电流曲线、变频驱动、监测总览等操作界面。
（5）接线盒
接线盒是电潜泵井下电缆与地面电缆之间的过渡连接装置，其作用：
1排放通过电缆保护套渗到地而的天然气，防止天然气沿电缆进人控制柜而发生爆炸、火灾等不安全事故；
2方便地而接线工作。
3.3工频控制流程：
平台上380V电源昭线经开关连接容量和输出电压不等的（700—3500V）升压变压器多台，升压变压器输出与电控柜相接，驱动井下潜汕泵机组，实现工频供电。
额宙电压
380舌黔黔,后THU；
变频器，其输出端经HVM滤波器，再经一台三抽头变频升压变压器输出，通过不同变比经变频开关柜换档输出不同电压,
分别适于不同规格的潜汕电泵。
实现变频软启、同步切换、互锁保护等功能。
400VI
►整流变压器►变频器及滤波器
0-62IV第联曽刃400V•艮血上令使用魏00-3500¥•.种管柱：
工频变压器;
电泵机组
将越施駆爛
经懈入潜汕电泵漏从而经油管喘
至雄磁制盎
冬全S-
吗'iififltIB-IHn*I'UVr?
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环2内的天燃邑《待一定5J启
变频变压器
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变频开关柜
转动，分离器
豆施鑼融膨劎瞬，把井液送
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”躺養头|!
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E撕泵总第啊管定位密封生产滑套防砂管
分层密封
L座落接头
LNC-GC
始分离，气汕比逐渐上升。
其根本原因是注水未跟上。
2）油层或井底堵塞，导致井底流压低于饱和压力，油气在汕层或井底开始分离，引起气汕比上升。
3）汕咀过大，产量过大导致井底流压低于饱和压力，或过小都会造成气油比上升。
4）汕咀调得过小，引超暂时气体滑脱出现气油比上升。
5）油井附近存在气顶引起气窜。
6）油井存在未发现的气层。
对发现的气层未采取避气措施,或者措施失败，其可能是误射孔、汕井固井质S不好、套管损坏、封隔器损坏、插入密封损坏、滑套损坏。
6.2电潜泵井安装套管定压放气阀的作用
1）将环空内的气体楚压自动排出，减少人力劳动：
2）维持合理的套压和泵的沉没度，达到较好的泵效，获得更高的产量。
6.3电泵井动液面、静液面、沉没度
1）电泵井动液而：
电泵井在生产过程中油套环空液面深度：
2）电泵井静液而:
电泵井关井后汕套环空液面稳电时的深度：
3）沉没度:
电泵入口处淹没在动液而之下的深度。
6.4气锁、气蚀
1）气锁:
如果井液中有大量的游离气存在，当游离气多到一立程度，进到泵内的基本上都是气体时，泵就会抽
空，这种现象叫气锁。
2）气蚀：
由于井液进入泵叶轮后，液体流速加快，同时压力降低，当压力下降到泡点压力以下时，液体会汽化，在泵中形成气体段塞，当气体段塞进入到叶轮的高压区时,气体段塞被压碎，此时被压碎的气体段塞产生巨大的能量而破坏叶轮这种现象叫气蚀。
6.5油压、套压、流压、静压、生产压差、采液指数
1）汕压：
原汕从井底流到井口时所剩的压力：
2）套压：
汕、套管环形空间的井口压力：
3）流压:
汕井正常生时所测得的油层中部的压力：
4）静压：
又叫目前地层压力，是汕井关井后井底压力不断上升，待恢复到稳是时所测的汕层中部压力；
5）生产压差：
汕层静压与井底流压之差，即PR-Pwr。
流压与生产压差关系：
当流压下降时，生产压差增加，地层供液能力增强：
当流压大幅下降时，生产压差放大幅度较小，并且随地层压力下降，局部还将出现溶解气驱方式，气汕比上升，产液量增加不明显。
6）采液指数:
单位生产压差下的日产液量。
6.6油井结蜡的危害
1）汕井结蜡，会使岀汕通道变小，增大汕流阻力，降低汕井产能，直至堵死，造成汕井停产：
2）汕层结蜡，将堵塞汕层孔隙，降低汕层渗透率，阻碍汕流入井，缩小出汕而积，减少油流供液而积，使油井减产;
3）汕井结蜡，造成井下设备或工具不能正常工作或故障
发生：
4）油井晴蜡、热洗及其它淸防蜡工作量加大，成本提高;
5）给油气集输造成困难。
6.7油井内砂子的来源
1）地层原因：
出砂通常是由于近井岩层结构破坏引起的，它与汕藏埋藏深度、地层胶结情况、压缩率、渗透率、流体种类及相态（汕、气、水）、地层砂性质（棱角度、泥质含量、压力降）、汕层孔隙压力、生产圧差大小均有直接关系，主要原因有以下几个方而：
1地层胶结疏松，容易岀砂；
2地层压力下降，导致汕井出砂：
在胶结差的地层中，随着地层压力下降,增大的应力会使岩石胶结层发生形变，造成汕井出砂：
3胶结地层在水平构造作用力下受破坏，使胶结物及砂粒受挤压，导致出砂：
4炮眼周恫高压力梯度，造成流动阻力增加，产生较大的拉伸破坏造成出砂：
5油井工作制度的改变对出砂影响较大：
6注水造成油水井岀砂。
2）工程原因:
油层改造，例如压裂后，压入地层内的砂子会随汕流带出。
酸化后的地层破坏了原胶结结构，破坏的胶结地层也会随汕流带出砂子。
3）作业质量问题:
泥浆压井时，泥浆内含砂量大,淸水替喷末替干净，油管，泵杆等下井时末清洗干净，泥砂带入井内。
第七章电泵井工况分析与理论计算
电潜泵工况分析就是对电潜泵的工作状况进行分析，它是电潜泵井管理非常重要的一项工作。
通过工况分折，可以淸楚地了解到泵是否在合理的工作区内工作、泵是否与油层供液能力相匹配、电机配备是否合理、汕井含水、原汕粘度和含气对泵效的影响程度等等。
但在现场中受到条件限制，一般通过简单计算大致确定电潜泵是否正常工作，主要如下：
7.1井底流压、油井产能预测
流压变化原因：
第一，流入（inflow）发生变化，常见的如:
含水上升，地层出砂，地层污染，气窜，地层压力下降，注水或其它方法使地层压力恢复等；第二，流出（0Utflow）发生变化，常见的如:
电泵变频，汕嘴调节，管柱漏失，结垢（这个是渐变的过程），结蜡，电泵工况变差（如磨损和气体影响等）,稠汕乳化等。
在油井管理中要保证产液稳左，电泵及井下设备能正常工作，泵的额楚排量是否与油井产能相匹配，需要保持合理的生产压差。
生产压差的控制一般是通过调Vf地面油嘴来实现的。
通过油嘴可调节产量，汕嘴与产量关系公式在一些石汕教材和参考书中提到，但在实际应用中效果不明显，现场可通过单井讣量得出油嘴与产量之间的关系。
汕层静压、饱和压力在一楚时期内变化不大,数据由油藏部门提供，若油井下入井下压力计，可从地面汁算机录取，若没有下入井下压力计,
可按下面公式计算:
井底流压il•算：
Pm=（H油层一//泵挂+H紺X幷!
+Pg
或考P对=（//油fz-H观X/«+Pit净=A+（1-办）％
汕井产能预测：
a）当井底流圧大于饱和压力时，即P时2Ph
P/=
Pr—
b）当井底流压小于饱和压力时，HPA/式中:
Ph/—井底流压"MPa；
//油层——-汕层中部深度，m；
H泵桂•一—-—泵挂深度,m：
H汎——一—电泵沉没度，m;
——产出液相对密度;卜—一-—---汕井含水率，％;
〃一…原汕相对密度：
Pf：
—■———~一~—~—套管压力,MPa：
Piih・…一一—■井口汕压，MPa:
PI…—一一一油井产液指数，
m"（d・MPa）：
Pr-—•———汕层静压，MPa;
2max井底流压为零时油井垠大产
汕井日产液量，m'/d。
液量M'/d：
Q一
7.2汕井陡絳翼窝
H筑
1
Hz.——•一.——•二二二…油压折算压头,m：
图7.1电泵井生产示意图
H牛…——-…汕管摩阻折算压头,m:
H殘-—一套压折算压头,m；
7.3电机输出功率、泵效率计算
在现场实际应用中泵的有效功率到底有多大，泵运转得是否合理,可以通过计算泵的实际工作效率与泵的名牌效率进行比较来衡量。
如果实际运转效率太低，应査找影响泵效的因素，如原汕粘度增大、泵的选型与汕井的产能不匹配、泵轴或电机轴发生机械摩擦、油井岀砂等因素,通过现场验证，找岀影响泵效的原因，并采取相应措施进行整改，使泵尽量在最高效率点附近工作，从而可以提高井下机组的使用寿命，延长油井的生产时率。
其计算公式如下：
1000
N泵入（KW）=>/3xVx/xcos^x“电机如
NT驾評
式中：
N眾入-一一一-一一一泵的输入功率（即电机的输出功率），KW；
N細1———-一泵的输岀功率KW：
V一一-电机的工作电压，V；
/---——电机的工作电流,A：
COS0••———一…电机功率因素：
用i——-产出液相对密度：
H总—-油井总动压头,m;
Q——一-汕井日产液量,m'/d"
7.4变频调产时的排：
!
：
、扬程、功率与频率之间的关系
电潜泵是一种离心泵，其特性参数与泵的旋转速度成正比。
即打电机的转速成正比，也就是：
Qsn、Hocn\P-n'（Q-泵排S;II-泵扬程：
P—泵轴功率；n-电机转速）。
而电机的转速又与电机的工作电源频率f成正比，亦即：
Qsf、Hsf2、P«f3c
因此,可以通过改变电机电源频率来实现油井调产。
这是一种很好的调产方式：
频率改变后，泵仍处于最佳工作范带I内运行,对泵的受力、机械部件和寿命影响很小，与汕井产能匹配很好，适应范用特别广，调产方便,不需要检泵作业：
电机的功率也随频率的三次方成正比地变化，放产时不需要更换大电机，缩产时电机消耗的功率也随之减小，节能效果明显。
但是,变频器是改变电源频率的惟一设施，其费用目前较高，长期变频生产彫响变频器使用寿命，因而不能普及，目前变频器仅仅是在启井时使用。
第八章电潜泵故障诊断与处理
影响电潜泵故障的因素有地而电网、变压器频器、控制柜、电缆、电泵机组、管柱、液体性质、地层等因素造成。
它是通过控制柜上的工作电流来反映，通常以欠载、过载、高电流、低电流、电流波动等形式反映。
主要有以下几个方面。
8.1电机及保护器故障诊断与处理
电机损坏分电气损坏、电机轴断和机械磨损等情况。
•电气损坏：
通常是控制柜过载停机，电流曲线上的电流突然上升后又突然掉下来，三相对地绝缘电阻为零,直阻很不平衡，只能通过检泵作业恢复生产。
•机械磨损：
控制柜显示过载停机，机组电气性能良好，电流曲线显示为电流逐渐上升，停机冷却一段时间后又能重新开机
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