石油工程井下设备维护技术指导书

石油工程井下设备维护技术指导书前言石油工程井下设备是油气开采、注水、修井等作业的核心支撑，其运行状态直接影响生产效率、作业安全及开发效益。井下环境复杂（高温、高压、腐蚀、砂粒磨损等），设备长期服役易出现密封失效、部件磨损、管柱变形等故障，若维护不及时，将引发卡钻、井漏、停产等严重后果。本指导书结合现场实践与技术规范，系统梳理井下工具、泵类、管柱等设备的维护要点、故障诊断及管理体系，为现场作业人员提供专业、实用的技术参考，助力提升设备可靠性与运维效率。一、井下工具维护技术井下工具（封隔器、井下安全阀、配水/产器等）承担分层开采、安全控制、流量调节等功能，其维护需聚焦密封性能、机械结构可靠性。1.1封隔器维护封隔器通过密封件（胶筒、金属密封环）隔离井段，按坐封方式分为液压封隔器（靠液压力坐封）、机械封隔器（靠管柱重力或旋转坐封）。日常检查：作业后起出时，观察胶筒外观（是否开裂、溶胀）、金属密封环是否变形；检查坐封/解封机构（锁块、轨迹槽）磨损情况，用塞尺测量配合间隙。保养流程：①清洁：用柴油冲洗外表面，去除泥浆、砂粒；②润滑：对螺纹、滑动部件涂抹专用高温润滑脂（耐温≥150℃）；③探伤：对关键金属部件（如中心管、锁套）做磁粉探伤，检测裂纹；④密封件更换：胶筒老化（硬度＞邵氏A90）或破损时，更换同规格耐油、耐温胶筒（如氢化丁腈胶筒，耐温120℃、耐压35MPa）。故障处理：若坐封后密封失效，先分析原因（胶筒选型错误、井眼不规则、坐封压力不足）。处理措施：更换适配胶筒（如井眼扩径时选大直径胶筒）、调整坐封压力（参考厂家曲线，液压封隔器坐封压力比设计值高5MPa验证）、修复井眼（用磨鞋修平井壁）。1.2井下安全阀维护井下安全阀（SSSV）是井控核心设备，需确保紧急情况下快速关井。日常检查：地面控制系统（液压/气动控制台）压力是否稳定，管线有无泄漏；阀芯密封测试（关闭后，进出口压力差≤0.5MPa为合格）；电磁阀动作灵活性（通电/断电时，阀芯响应时间≤2s）。保养流程：①清洁：用无腐蚀溶剂清洗阀体，去除结垢；②润滑：对阀杆、弹簧等运动部件涂硅基润滑脂（防腐蚀、耐介质）；③功能测试：每月进行远程关井测试，记录响应时间与压力变化；④密封件更换：阀芯密封圈（如氟橡胶圈）老化时，按规格更换，确保压缩量符合要求（一般为直径的15%~20%）。故障处理：若关井后泄漏，检查阀芯磨损（用百分表测圆度，超0.1mm需研磨）、密封圈失效（更换）；若无法远程关井，排查控制系统（管线堵塞、电磁阀故障），现场手动关井后维修。1.3配水器与配产器维护配水器（注水井）、配产器（采油井）控制分层流量，维护重点为水嘴/油嘴、密封机构。日常检查：起出后观察水嘴（油嘴）磨损（用显微镜看流道冲蚀，深度＞0.2mm需更换）；检查密封段（如“O”型圈）是否变形、老化；测试调节机构（滑套、阀芯）是否卡滞。保养流程：①清洁：用超声波清洗机清除水嘴（油嘴）内结垢；②探伤：对金属调节部件做渗透探伤，检测裂纹；③密封件更换：“O”型圈硬度≤邵氏A70时更换，选用耐油、耐温型（如氟橡胶，耐温150℃、耐油体积变化率≤5%）；④流量校准：安装前用水（油）流试验台校准，确保流量偏差≤±5%。故障处理：若分层流量异常，先检查水嘴（油嘴）堵塞（用高压水冲洗）、调节机构卡滞（拆解清理杂质，涂润滑脂）；若密封失效，更换密封件并重新试压（耐压≥工作压力的1.2倍，稳压30min无泄漏）。二、泵类设备维护技术泵类（潜油电泵、螺杆泵）是举升核心，维护需关注动力端（电机、电缆）、水力端（叶轮、定子/转子）。2.1潜油电泵维护潜油电泵（ESP）由电机、保护器、泵体、电缆组成，适用于大排量举升。电机维护：①绝缘检测：用2500V兆欧表测绕组绝缘电阻，≥500MΩ为合格（潮湿环境下≥200MΩ）；②绕组检查：用万用表测三相电阻，不平衡度≤2%；③轴承保养：拆解后清洗轴承（用煤油），更换润滑脂（锂基脂，填充量为轴承腔的1/2~2/3），检查游隙（超0.15mm需更换）。泵体维护：①叶轮检查：用内窥镜观察叶轮磨损（叶片厚度减薄＞1/3时更换），测量叶轮与导轮间隙（设计值±0.05mm）；②泵壳检测：超声测厚，壁厚减薄＞20%时修复或更换；③轴向间隙调整：通过调整垫控制叶轮轴向间隙（设计值±0.1mm），防止扫膛。电缆维护：①绝缘检测：用500V兆欧表测电缆绝缘，≥20MΩ为合格；②护套检查：电火花检测仪检测（电压2kV），无击穿为合格；③接头密封：重新硫化接头时，压力测试（10MPa，稳压15min），确保无泄漏。故障处理：若电泵电流过高，分析原因（叶轮磨损、井液粘度大、电缆短路）。处理措施：更换叶轮、稀释井液（注清水）、修复电缆；若泵效低，检查叶轮流道堵塞（用溶剂清洗）、轴向间隙过大（调整垫片）。2.2螺杆泵维护螺杆泵（PCP）靠定子（橡胶衬套）、转子（金属螺杆）啮合举升，维护重点为橡胶老化、金属磨损。定子维护：①硬度测试：用邵氏硬度计测橡胶硬度，＞邵氏A95时老化；②溶胀检测：浸泡在井液中24h，体积变化率＞10%时更换；③内表面检查：内窥镜观察橡胶是否脱胶、龟裂，脱胶面积＞5%时更换。转子维护：①圆度检测：用圆度仪测转子外圆，圆度超0.05mm时研磨或更换；②磨损检测：用千分尺测螺杆直径，减薄＞0.2mm时修复（堆焊后车削）或更换；③涂层检查：耐磨涂层（如碳化钨）脱落面积＞10%时重新喷涂。万向节维护：①润滑：每运行3个月注脂（锂基脂，NLGI2级），注脂量为腔室的1/2；②间隙检查：用塞尺测万向节轴承间隙，超0.1mm时更换轴承；③密封检查：“O”型圈老化时更换，确保防尘、防介质泄漏。故障处理：若泵排量下降，检查定子橡胶磨损（更换定子）、转子变形（更换转子）、万向节卡死（拆解清理，更换轴承）；若扭矩过大，分析井液粘度高（加热降粘）、定子/转子配合过紧（重新研磨定子内孔）。三、管柱系统维护技术管柱（油管、套管、抽油杆）是井下设备的载体，维护需防范腐蚀、变形、丝扣失效。3.1油管与套管维护油管（生产管柱）、套管（井壁支撑）受井液腐蚀、地应力影响，易出现穿孔、变形。腐蚀检测：①电磁探伤：检测油管内壁腐蚀（探头沿管柱轴向移动，信号异常处标记）；②超声测厚：检测油管、套管外壁腐蚀（测厚仪探头垂直管壁，壁厚减薄＞15%时预警）；③腐蚀速率计算：通过失重法（挂片试验），腐蚀速率＞0.2mm/年时采取防腐措施（如涂覆陶瓷涂层、加注缓蚀剂）。丝扣维护：①清洁：用钢丝刷+专用溶剂（如柴油+缓蚀剂）清除丝扣油污、锈迹；②润滑：丝扣表面涂覆丝扣油（含铜粉，防粘扣），均匀覆盖螺纹牙型；③探伤：磁粉探伤检测丝扣裂纹（重点在台肩、螺纹根部），发现裂纹时切除丝扣或更换管柱。变形修复：①整形器选型：根据变形类型（缩径、弯曲）选机械式（滚轮整形器）或液压式（胀管器）；②修复流程：下钻至变形段，缓慢加压（液压整形器压力≤设计压力的1.1倍），修复后通径规检测（通径≥原管径的90%）；③预防措施：注水井定期洗井（清除结垢），采油井控制生产压差（避免地层出砂导致管柱磨损）。3.2抽油杆维护抽油杆（有杆泵举升）受交变应力、腐蚀影响，易出现疲劳裂纹、磨损。疲劳裂纹检测：①磁粉探伤：重点检测接箍与杆体过渡区（应力集中区），发现裂纹时切除损坏段，重新镦粗/焊接；②超声探伤：检测杆体内部裂纹，深度＞3mm时更换。腐蚀磨损检测：①失重法：截取杆体试样，浸泡在井液中72h，腐蚀速率＞0.15mm/年时采取防腐（如镀铬、喷涂陶瓷）；②涂层检测：耐磨涂层（如镍基合金）厚度＜0.1mm时重新喷涂。校直处理：①校直机参数：压力≤杆体屈服强度的80%，校直后弯曲度≤1mm/m；②预防措施：定期检查抽油杆接箍螺纹（涂丝扣胶防松），调整平衡块（减少交变应力）。四、井下设备故障诊断及处理现场故障需结合多参数分析，快速定位原因并采取针对性措施。4.1现场诊断方法压力分析：井口压力波动（注水井压力骤降→管柱漏失；采油井压力骤升→泵故障/管柱堵塞），结合井下压力计（存储式/无线）监测地层、管柱压力，判断漏失层段、泵吸入口压力。电流监测：电泵电流异常（过高→负载大；过低→欠载/电机故障），结合电流卡片（正常为“钟形”曲线，异常为“尖峰”“平线”），分析叶轮磨损、井液气侵、电机短路。井下成像：用井下摄像头（≤70mm外径）或测井仪（超声成像、电磁探伤），观察工具状态（封隔器胶筒破损、泵叶轮磨损、管柱变形），为修复提供依据。4.2典型故障处理案例卡钻故障：原因（泥浆性能差→井眼缩径；工具卡阻→封隔器未解封；地层出砂→砂埋管柱）。处理：①泡解卡剂（如柴油+表面活性剂，浸泡12h）；②震击器解卡（液压震击器，冲程50~100mm，震击力≤管柱抗拉强度的80%）；③倒扣打捞（若震击无效，用倒扣器反转管柱，打捞落鱼）。泵漏失故障：潜油电泵叶轮磨损→更换叶轮（拆解泵体，标记叶轮顺序，更换同型号耐磨叶轮）；螺杆泵定子磨损→起出管柱，更换定子（选用耐温、耐磨定子，如氢化丁腈橡胶定子，耐温120℃、耐磨指数≥100）。工具失效故障：封隔器胶筒损坏→起出管柱，更换胶筒（检查井眼尺寸，选用适配胶筒，坐封压力比设计值高3~5MPa验证密封）；配水器水嘴堵塞→用高压水（压力≥20MPa）冲洗，或更换水嘴（校准流量后安装）。五、维护管理体系建设建立“预防为主、全员参与”的维护体系，提升设备可靠性与运维效率。5.1预防性维护计划周期制定：结合设备类型、工况、厂家手册，制定维护周期（如电泵每6个月维护，封隔器每口井作业后检查，管柱每年探伤）。记录管理：建立电子档案（设备编号、维护时间、内容、故障处理、检测数据），用二维码关联设备，扫码可查全生命周期记录。5.2人员技能提升技能考核：每季度组织理论（设备原理、标准规范）+实操（工具拆装、故障诊断）考核，80分以上为合格，不合格者补考。应急演练：每年开展卡钻、井喷、电泵过载等应急演练，模拟现场处置流程，提升团队协作与应急能力。5.3技术创新应用智能化监测：安装物联网传感器（压力、温度、振动），实时上传数据；搭建AI诊断平台，分析数据趋势（如振动频谱异常