李忠杰

(中油(天津)國際石油勘探開發(fā)技術有限公司)

Agadem區(qū)塊位于西非撒哈拉沙漠，主力油田Goumeri油藏埋深為2 600～3 200 m，油層為中高孔、中高滲儲層，地飽壓差較小。油層溫度在120℃以上，原油凝點39℃～58℃，生產(chǎn)油氣比為30～160 m3/m3。采用潛油電泵舉升工藝(帶井下傳感器的變頻電泵[1-2])，平均泵掛深度2 230 m，電泵排量為100～200 m3。

由于油藏溫度、氣油比和原油凝固點較高，潛油電泵泵掛較深，導致該油田的電纜機組使用壽命較短。從2011年投產(chǎn)至2014年期間，最短的使用壽命僅為129 d，平均壽命638 d。井下電泵電纜故障作業(yè)共計21井次，其中潛油泵動力電纜(大扁電纜)與潛油電機引接電纜(小扁電纜)的連接處擊穿問題出現(xiàn)11井次，占52.4%，成為影響電泵平穩(wěn)運行的重要因素。該區(qū)塊沙漠惡劣環(huán)境及社會支撐差，修井費用高，平均單井修井作業(yè)費用及材料費用超過人民幣400萬元。開展改進潛油電纜連接方式研究，延長其使用壽命，減少修井作業(yè)，為解決井下電纜對接處電流擊穿故障提供一種解決方法。

一、潛油電纜接頭失效原因分析

電泵井在運行過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將造成電泵井停機或躺井，而高溫高壓環(huán)境下的井下電纜接頭是電泵系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一[3-4]。造成大小扁電纜接頭擊穿的故障，主要有以下原因：①在井下溫度、氣油比和原油凝點比較高，在此長期影響下，對接部位及其附近的護套層和絕緣層的密封性和絕緣性變差，最終導致電纜的薄弱環(huán)節(jié)處老化擊穿[6-7]；②在井下大小扁電纜連接處導體直徑形成了由大變小(大扁電纜導體截面積為20 mm2，小扁電纜導體截面積為16 mm2)，當電流從大扁導體流經(jīng)小扁導體時導通性相對較差，造成接頭處溫度上升很快。在井下高溫高壓的共同作用下，容易導致電纜絕緣性能下降[8]；③該油田生產(chǎn)用電均為天然氣發(fā)電，受沙漠腹地環(huán)境條件、電站及架空線路等故障維護影響，每年多次停電造成電泵井啟停。電泵井在啟停機時，會引起系統(tǒng)高出正常運行電流幾倍的過電流沖擊，從而造成電纜絕緣下降，甚至造成電泵系統(tǒng)井下機組故障或引起動力電纜薄弱環(huán)節(jié)擊穿[9-11]。

二、潛油電纜連接工藝改進及試驗案例

針對Goumeri油田埋藏深，氣油比、井下溫度和原油凝固點高，井下工況條件差，導致電泵井大小扁電纜連接頻繁擊穿故障。進行技術攻關，并在室內(nèi)試驗評價的基礎上，優(yōu)選出2種改進潛油電泵電纜的連接工藝進行現(xiàn)場試驗：①對于?177.8 mm以及?244 mm大尺寸套管，采用潛油電機與動力電纜直連的電纜一體化工藝；②對于?140 mm及以下小尺寸套管，優(yōu)化大小扁電纜接頭連接工藝[10]，采用耐油熱縮管保護工藝。

潛油電機與大扁動力電纜直連的一體化電纜工藝，采用截面為20 mm2的大扁動力電纜，輔助絕緣層由原來的4層耐溫180℃、聚酰亞胺-氟46復合薄膜改進為5層繞包燒結而成(圖1)。一體化動力電纜的應用，降低了電纜分布電容，提高了電纜絕緣水平、熱穩(wěn)定性和抗過電壓/電流的能力。Goumeri油田大部分油井采用的?177.8 mm套管，內(nèi)徑為159.42 mm，常用的是外徑143 mm的電機和?102 mm的電泵。采用大小扁一體化電纜，其動力電纜連接處及以上的最大投影尺寸為?139.5 mm，小于電機尺寸?143 mm。通過優(yōu)化電纜配套，進行潛油電纜一體化整體設計，取消大扁、小扁電纜在井下的連接環(huán)節(jié)，消減了井下電纜接頭的薄弱因素，有利于提高潛油動力電纜系統(tǒng)的耐電流和耐高溫能力，有效延長了潛油動力電纜的使用壽命。

圖1 潛油電泵一體化動力電纜現(xiàn)場連接實物圖

優(yōu)化大小扁的連接工藝，設計了耐高壓高溫的小扁電纜，為降低小扁電纜的電阻，采用截面積16 mm2小扁電纜，減少了大小扁電纜截面積差異，可以有效提高電流導通性。連接銅管采用壁厚加厚及表面鍍銀處理，接頭處6道壓接，可以增強導電率和接觸強度。適當延長大小扁插接頭位置，增強散熱效果。大小扁電纜接頭部位采用內(nèi)部熱塑管高溫熱縮保護處理(圖2)，強化密封絕緣性能，再進行護套層以1/2疊壓的方式進行繞包，完成后將端部熱縮管高溫熱縮處理，再將玻璃絲布和鎧皮進行復位繞包(圖3)。

圖2 電纜對接原理示意圖

圖3 熱縮管安裝示意圖

試驗應用案列：G-8井，2012年7月自噴轉電泵舉升生產(chǎn)，2013年5月,2014年1月，2014年12月三次因電泵電纜故障進行修井作業(yè)，其中2013年5月和2014年12月為動力電纜大小扁電纜接頭擊穿故障(圖4)。

圖4 G-8井兩次動力電纜連接處擊穿圖

2014年12月修井作業(yè)采用潛油電機與大扁動力電纜直連的一體化電纜工藝，潛油泵型號：QYDB148-100 m3/2 500 m,泵掛深度2 350 m,投產(chǎn)后日產(chǎn)液85.2 m3，氣油比75 m3/m3，電泵傳感器處溫度為123℃，原油凝固點為51℃。下入以來，潛油電泵一直平穩(wěn)運行(圖5)。

表5 試驗井G-8歷史生產(chǎn)情況

注：2015年8月～11月，2016年9月由人為干預停井,非潛油電泵故障。

三、應用情況及經(jīng)濟效益

從2014年在Goumeri油田進行潛油電纜連接改進現(xiàn)場試驗取得明顯效果，此后在Agadem區(qū)塊其他油田進行了推廣應用。截至目前，已陸續(xù)使用電纜一體化機組12套，改進電纜連接方式57套。經(jīng)過對現(xiàn)場應用效果的長期跟蹤，在更換為改進后的潛油電纜連接方式之后，潛油電泵井再沒有發(fā)現(xiàn)潛油電纜連接處電纜擊穿問題?？梢?，潛油電纜連接方式的改進可以有效解決潛油電纜的薄弱環(huán)節(jié)，即大小扁電纜接頭處適應能力差的問題。上述兩種電纜連接的改進方式，大大降低了在復雜工況下的潛油電纜擊穿問題，有效避免因大小扁電纜連接處擊穿而造成的檢電泵作業(yè)。應用此類電纜連接改進工藝，該區(qū)塊平均每年可大幅節(jié)省檢電泵修井和電泵電纜材料等費用共計人民幣2 352萬元，油田開發(fā)經(jīng)濟效益得到了顯著提高。

四、結論

Agadem區(qū)塊井下溫度、原油凝固點和氣油比較高，潛油電泵泵掛較深。在此工況條件下，潛油泵動力電纜(大扁電纜)與潛油泵引接電纜(小扁電纜)對接處是電泵系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。通過一體化電纜直接連接潛油電機，可以改變傳統(tǒng)電纜大小扁接頭連接方式，消除了井下電纜接頭的薄弱因素。優(yōu)化大小扁電纜接頭的連接工藝，采用耐油熱縮管保護，強化了電纜接頭密封絕緣性能。通過對近幾年此類改進工藝在Agadem區(qū)塊的應用跟蹤，改進后的效果是十分顯著的。在電泵井下工況較差的情況下，通過改進井下潛油電纜連接，不僅能夠大幅度地減少大小扁電纜接頭連接處的故障，延長潛油動力電纜的使用壽命，大幅節(jié)省檢電泵修井費用，顯著提高經(jīng)濟效益，而且為電泵系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一的井下電纜接頭故障提供一種解決方法。