潜油电泵井故障树分析

第五采油厂 2011年度 采油工程专业论文 潜油电泵井故障系统分析

第五采油厂作业大队电泵队

高 克 2011年7月

电泵井故障的类型分析

高 克

作业大队电泵队

摘要：随着油田采油进入高含水期，潜油电泵应用越来越广泛，如何减少故障导致的停产和维修等经济损失的需要越

来越迫切，本文全面地分析了历年来潜油电泵的发展及研究现状，从模糊故障分析方面入手。对潜油电泵系统故障的原因进行了详细分类及分析；建立了潜油电泵系统故障树，分析了系统故障的关键因素及重点部位，以便更好的掌握电泵系统故障的重点部位及机理；应用所得的系统故障概率，进行了系统风险的概率评价，通过建立和分析系统故障树，可以更好的掌握导致系统故障的主要因素；以加强安全防范措施，并使潜油电泵的安全评价在采油生产方面有普遍性的意义。

主题词：潜油电泵井 安全评价

1 潜油电泵井现状及分析评价方法

1.1 潜油电泵研究的现状以及本课题研究的意义

随着油田开采进入高含水期，潜油电泵系统的综合故障率并没有随着技术的进步而大幅下降。对于地处千米以下的潜油电泵的故障，目前还是不能很好的进行观测和检查。

经过对潜油电泵研究现状的分析，我们可以发现，潜油电泵系统的故障分析如果从系统的角度进行考虑，延伸到潜油电泵各子系统；考虑各部分互相影响的作用，使相互独立、互不相干的各部分成为一个整体。有以下几个好处：

首先，不但可以对各子系统的故障原因进行分类和分析，对重点故障部位进行详细的故障原因分析，并且可以提出相应的改进措施及可行性方案。

其次，通过详细的故障原因分析，画出较为详备和可靠的潜油电泵系统故障图，进行系统故障树分析，为今后潜油电泵重点部位的革新做好分析工作。

最后，根据潜油电泵系统故障树的定量分析，可以对系统进行安全评价；可以对一套正在运行的潜油电泵机组进行人-机-环境安全性的模糊评价，通过评价可以对机组目前安全运行的情况作出一个全面的评判。

1.2我厂电泵井投产情况概况

自1981年大庆油田开始大规模应用潜油电泵技术，现在全油田共有潜油电泵井2444口，占机采井总数的6. 45%；年举升液量1.53 X 108t，占总举升液量的34.79% ；年耗电约7.27 X 108kW /h，占油田采油用电的21.38% ，能耗较高。

目前，我厂共有电泵井总数52口、平均单井日产液145t，含水95。97%，泵挂深度870.33m，动液面558.93m沉没度311.40m排量效率107.90%,2010年检泵周期1735天，平均年检泵周期1473天，免修期1312天。 1.3故障分析法

故障分析，简单地讲就是把系统最不希望发生的故障作为故障分析的目标，把选定的系统故障状态称为顶事件，然后找出引起顶事件的底层因素。故障树分析是一种图形演绎方法，具有很大的灵活性，其建树的过程就是一个对系统更深入认识的过程，通过建立故障树模型可以定量计算复杂系统发生事故的概率，为改善和评价系统安全性提供定量依据。 1.4 系统安全评价

安全评价也称危险性评价或风险评价，是以实现系统安全为目的，应用安全系统工程原理和工程技术方法，对系统中固有或潜在的危险进行定性和定量分析，得出系统发生危险的可能性及其后果严重程

度的评价，通过与评价标准的比较得出系统的危险程度，以达到社会所要求的安全标准的一种科学方法。

2 潜油电泵系统的故障统计及分析

2.1 潜油电泵机组的组成及特点

潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转化为机械能，把油井中的井液举升到地面，由以上这些部分共同构成了潜油电泵机组。

潜油电泵机组的特点有：①排量范围大；②扬程高；③可以根据产液变化要求进行变频调速；④地面设备占用面积和空间小，适用于海上平台；⑤使用寿命长；⑥便于管理；⑦可适用于斜井与水平井。 通常潜油电泵机组主要由三大部分组成，其管柱工作示意图，如下所示：

2.2 一级故障分析

根据查阅资料，取样大庆油田的多个采油厂自 2002 年 1 月至 2006 年 12 月记为一个周期的5年期间，共计 5364 次检修潜油电泵作业中发现的故障及其原因，按故障模式归类如表所示：

大庆油田02-06年潜油电泵机组损坏原因比例

下面我们根据电泵的各组成部分可能发生的故障进行列举，并给出相应的解决办法。 2.2.1 潜油泵故障

潜油泵是一种多级离心泵，外型细长，结构比较特殊，位于潜油电泵系统的最上端，是支撑整套电泵系统重量的主要设备，也是整个潜油电泵系统的核心部件。

故障原因一般为：

①油井出砂、结蜡或结垢等会使泵头和油管内腔堵塞，导致泵排量下降，而且砂粒也易进入电泵的各个配合部位，引起卡泵并会加速泵的磨损，严重时会造成泵轴卡死甚至电机烧毁。

②叶轮与导壳的过流表面长期在含有砂粒的液体冲刷下，过早的产生严重的磨损，使潜油泵的性能改变，导致潜油泵严重磨损。

③若单流阀失效，停机后管柱内砂沉入到泵的叶轮中，造成砂卡泵开机失效。 ④大曲率斜井段，将会引起机组弯曲变形，造成潜油泵轴卡死。

⑤由于地层供液不足，会导致泵的磨损加剧和机组无液体冷却，出现局部高温。 改进意见：

①潜油泵要根据实际情况，客观的选择泵型；

②施工时按照规章，将施工产生的砂、垢清除干净，减少人为因素导致的泵堵塞或磨损加剧； ③潜油泵的轴、叶轮、导壳和垫片等应该多用一些抗磨，不易受腐蚀的材料或者加强其表面质量； ④泵磨损所产生的剧烈振动、甚至泵卡是导致潜油电泵其他部分故障的主要原因，因此，防砂和抗磨损是今后潜油泵改进的主要方向。 2.2.2 分离器故障

油气分离器位于保护器和多级离心泵之间，其主要作用是将混合气液进行气、液两相分离，而后使分离出的气体进入油管和套管的环形空间，分离出的液体则进入离心泵。这样就可以避免气体对泵产生气蚀，减少气体对泵工作性能的影响，从而提高泵效和延长泵的使用寿命。

导致分离器故障的原因有：

⑴地质原因地质原因中主要是含砂量影响较大，导致的故障模式主要是磨损和堵塞。

①井液中含有超出工作参数设定的杂质如砂、垢、水泥块，而堵塞了分离泵的入口，致使其故障。 ②分离器中含有砂、垢，造成各部件的加速磨损，导致分离器故障。

③由于分离器叶轮驱动井液作高速旋转，井液中的砂逐渐腐蚀外壳，导致穿透衬筒，进而蚀穿分离器外壳，最后造成分离器断裂。

⑵自身质量除了含砂量较大所引起的故障，分离器自身的质量问题也是其故障的主要原因。如材料质量和加工工艺存在缺陷、分离器轴的加工问题等都会导致分离器磨损严重、壳体断裂、轴断等故障。

改进意见：