朱洪华，冯 硕，石张泽

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术公司 天津300452；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司工程技术作业中心 天津300452)

随着渤海海上石油的不断开发，一些老油区进入开发中后期，电泵生产管柱在生产过程中出现腐蚀、丝扣损坏、粘扣落井等问题，造成电泵机组落井。电泵机组落井常常伴随着压力计电缆、动力电缆、电缆护罩等附件落井，造成落井电泵管柱鱼顶结构复杂，增大了处理复杂情况的难度；另外由于电泵机组外径大，与生产套管环空间隙有限，限制了打捞工具的选择，处理不当会造成油井大修甚至报废，给油田生产和开发带来很大损失。

本文结合在渤海油田已发生的各种井下电泵机组落井且成功处理落井电泵的事故案例，分析其落井原因，总结打捞井下电泵机组的整体思路和技术对策，为今后处理类似的问题积累经验。

1 电潜泵机组落井原因及打捞作业难点分析

电潜泵的全称为电动潜油离心泵(Electrical Submersible Pump)，简称为电潜泵(ESP)或电泵，如图1 所示，电潜泵以整套系统存在：地面部分包括变压器、控制柜、接线盒和特殊井口装置；中间部分包括油管和电泵动力电缆、电缆护罩等附件；井下部分包括泵、分离器、保护器、电机、动力电缆及附件(电缆护罩、小编电缆固定器、手铐等)。

电潜泵系统的采油设备结构较为简单，同时具有较高的效率和较大的排量，自动化程度高，在非自喷高产井、高含水井以及海上油田等油水井中得到广泛的应用，是石油开采过程中后期开采的主要方式和手段。

图1 电潜泵采油系统组成示意图Fig.1 Schematic diagram of oil recovery system of electric submersible pump

在渤海油田，油水井生产套管常用尺寸为9-5/8英寸与7 英寸两种，常用的电潜泵生产管柱有普通生产管柱与Y 型生产测试管柱，其结构如图2 所示。

图2 海上油田常见的电泵生产管柱示意图Fig.2 Schematic diagram of electric pump production string in offshore oilfield

不同类型的生产管柱及不同尺寸的生产套管发生电泵落井具有不同的特点，海上油田机组落井打捞作业难点如表1。

表1 海上油田落井机组的技术难点Tab.1 Technical difficulties of offshore well dropping units

通过对海上油田已发生的落井电泵机组进行拆检分析，电泵落井的原因可分为两大类。

①生产管柱断裂导致机组落井。主要原因有：在长期的生产过程中生产管柱由于管柱震动、井液的腐蚀、油管质量问题、出砂等原因导致电泵以上生产油管断裂，造成电泵机组落井；或者套管变形、Y 接头上有落物遇卡、生产管柱中的过电缆封隔器不能正常解封等原因，在电泵以上的生产管柱上切割导致电泵落井。

对于生产管柱断裂造成的电泵机组落井，鱼顶一般为断裂的油管或井下工具，鱼顶相对比较规则(如拔脱的油管接箍、断裂的油管本体等)，但是由于生产管柱的一些附件，如电泵动力电缆、井下压力计电缆、电缆护罩等堆积在鱼顶上方或周围，增加了打捞作业的难度。

②机组因生产年限、产品质量、井况等原因，机组本身发生断裂造成其落井。主要原因有：机组部件之间连接方式为法兰与螺栓配合，导致电泵的强度弱点在于机组之间的连接处，在井下高温高压液体浸泡、长时间的震动工作环境下，受井斜影响，产生一定的剪切力，连接螺栓易发生失效，造成电泵机组落井；电泵机组在生产过程中内部的转子叶轮由于本身质量问题，随着转动发生一定程度的偏磨，切削外筒，导致外筒断裂，致使电泵机组落井；部分油水井随着生产有出砂现象，生产过程中，举升出的井液中含砂，在叶轮高速旋转举升过程中对分离器的外筒内壁有冲蚀作用，当外筒不足以承受分离器重量时发生断裂，落井的分离器及拆检的电泵机组验证了液流的冲蚀作用，如图3。

断裂的机组落鱼特点：断裂的机组落鱼鱼头与油管相比，鱼头状态不规则，多为断裂的分离器或为带有叶轮的轴；部分油井带有压力计电缆、电泵动力电缆、电泵手铐、护罩等落在鱼顶上面，导致鱼顶状态较为复杂。此类型落物由于形状不规则、尺寸特殊，且易发生应力变形，采用常规的打捞工具难以打捞(图4)。

图3 冲蚀断裂分离器断口Fig.3 Fracture of erosion and fracture separator

图4 电泵机组不规则的附件Fig.4 Irregular accessories of electric pump unit

2 落井电泵机组打捞工艺及打捞工具改进

电泵落井事故井处理的基本原则：以打捞为主，铣、磨、修为辅，常规打捞工具与专用打捞工具相结合，大段切割打捞电泵机组以上的油管、电缆，整体处理电泵机组。

①针对事故井，对生产井史进行分析，找出电泵落井的原因：是管柱遇卡断裂还是腐蚀落井。根据管柱类型、井下工具、电泵附件数量、动力电缆及压力计电缆长度等，对落井电泵机组的鱼顶状态进行分析及模拟，如图5。

图5 机组及绳缆类落物井下状态分析Fig.5 Downhole state analysis of generator and cable

②对于鱼顶上方有电泵动力电缆、井下压力计电缆、电泵附件等杂物，导致鱼顶无法露出的情况，首先需要将鱼顶上方的杂物打捞清理，以便鱼顶露出，一般采用下入活动外钩、内钩、内外组合钩、多轮打捞器等进行打捞，清理干净鱼顶上部杂物，防止在上提过程中杂物下落至电泵机组与套管间隙内，造成硬物卡，使井况更加复杂。如果无法判断鱼顶状态，可下入铅印，落实清楚鱼顶状态(图6)。

图6 打捞绳缆类落物常用工具Fig.6 Commonly used tools for salvaging ropes

③杂物处理干净之后的电泵机组，下入开窗捞筒、卡瓦打捞筒或电泵专用薄壁高强度捞筒等进行打捞。如果电泵机组落入防砂段内无法采用外捞工具进行打捞，也可对鱼顶进行磨铣、套铣处理后，采用下入专用的打捞矛进行内部打捞(图7)。

图7 常用电泵打捞处理工具Fig.7 Commonly used electric pump salvage treatment tools

3 海上落井电泵的打捞实例

作业井概况：渤海油田某平台A26 井，为一口水平生产井，人工井底1 890 m，最大井斜为90.46°，最大狗腿度为4.21°/30 m，2010年1月12 日投产，生产层位1195-1 砂体，水平段长度275.6 m，生产套管为9-5/8 英寸套管。井下生产管柱为普通合采生产管柱，检泵作业期间，发现电泵机组自分离器处断裂，电泵分离器吸入口以下机组落井，电泵动力电缆自小扁电缆护罩插头处拔出(未落井)。落鱼部分为：2-7/8 英寸EU 带孔圆堵+压力计托筒+变扣(抽油杆变扣B×2-7/8 英寸EUP)+抽油杆+变扣+扶正器+电潜泵电机+保护器+气体分离器，总长50.44 m，井下压力计电缆约75 m，小扁电缆护罩全部落井，鱼顶为断裂的油气分离器(图8)，鱼顶上部落有井下压力计信号电缆。

图8 断裂的分离器断口Fig.8 Fracture of separator

根据该井生产井史，生产过程中取样化验见砂，怀疑电泵在生产过程中，叶轮高速旋转举升过程中井液对分离器的外筒内壁有冲蚀作用，结合断裂油气分离器断口分析，电泵分离器为井液冲蚀断裂。鱼顶上部留有落井的75 m 井下压力计电缆，第一步处理落井的井下压力计电缆，第二步打捞落井机组。

打捞时下入5-7/8 英寸内钩，内钩由高强度的套铣管切割而成，钩齿呈螺旋片状，并按照打捞旋转方向排布，本体是大直径空心筒状，便于冲砂及冲洗打捞；底端设计成斜尖，便于引入绳缆状落物。下钻到位后测试打捞管柱上提悬重及下放悬重，缓慢旋转管柱，打捞出团状的压力计电缆，通过测量打捞出的压力计信号电缆长度，估算井下压力计信号电缆的长度，对比落井的井下压力计电缆长度，认为仍有电缆落井。再次下入5-7/8 英寸内钩下钻到位，测试管柱上提悬重及下放悬重，缓慢旋转管柱，打捞出成团状的压力计电缆，测量打捞出压力计信号电缆长度，确认落井电缆全部捞出(图9)。

图9 捞出压力计信号电缆的内钩Fig.9 Inner hook for pulling out pressure gauge signal cable

本次作业下入由强度较高的铣鞋切割加工而成的开窗捞筒，因井斜较大，落鱼躺在井筒底边，将捞筒底端加工成内锥面喇叭口，便于在底边将落鱼引入捞筒。连接捞筒下钻到位，大排量冲洗鱼顶，缓慢下放引入落鱼，最终成功打捞出落井电泵(图10)。

图10 电泵分离器结构示意图Fig.10 Schematic diagram of the structure of the electric pump separator

4 结论及建议

电泵机组本身断裂落井多发生在油气分离器处，油气分离器位于潜油电泵的下端，是泵的吸入口，其功能是利用气液比重差将井液中的自由气体分离出来，以减少气体对泵排量、扬程和效率等特性参数的影响，避免气蚀发生。由于旋转的井液特别是含砂的井液对筒壁有冲蚀作业，提高分离器本身材质性能，加强抗冲蚀能力是提高电泵寿命的一重大举措。在电泵机组下部安装大直径、高强度的扶正器，防止机组断裂后进入大直径的防砂管柱内，可避免更加复杂的情况出现，也是一种有效的方法。

针对渤海油田修井作业过程中遇到的电泵机组断裂落井的情况，分析了电泵机组落井的主要原因，并介绍了打捞电泵机组的思路及方法。随着海上油田开发逐步进入中后期，井况越来越复杂，不断研究和完善打捞工具及技术，会在井下作业中发挥越来越重要的作用。