作者：杨志成 陈方圆.
*：《数字设计》，2024年第09期。
总结：潜水电泵是海上油田最常用的机械生产设备，而潜水电机作为电泵系统的动力源，是影响机组使用寿命的主要因素。 目前，在稠油油田的应用过程中，由于运行过程中井温高、油稠负荷大等因素，潜水电机主要表现为地面绝缘迅速下降、密封失效进入井液、三相直流电阻不平衡、无绝缘等故障，机组拆检主要表现为内绕组烧毁等故障现象， 铅燃烧、矫正轴承和推力轴承磨损。2024年以来，渤海油田某作业区与相关电泵厂家一起，对电机故障原因做了大量分析研究，制定了技术改进和产品升级方案，取得了良好的应用效果。
关键字：潜水电机;高温;潜水电泵;选型优化;
介绍。 在海上油田中，油井产生大量流体，电动潜水泵因其排量范围宽、系统效率高而被广泛使用[1]。 潜水电机作为潜水电泵系统的动力源，是影响潜水电泵机组使用寿命的主要因素[2]。
目前，在重油油田潜油电泵的应用过程中，由于井温高、稠油井负荷大等因素，潜水电机主要表现为地面绝缘快速下降、井液密封失效、三相直流电阻不平衡、无绝缘等故障。
2024年以来，渤海油田某作业区与相关电泵厂家一起，对电机故障原因做了大量分析研究，制定了技术改进和产品升级方案，取得了良好的应用效果。
1;对现场申请的反馈。
通过对潜油电泵在海上稠油田的应用和对相关作业总结的综合分析，潜水电机在稠油井应用中主要出现以下问题。
1）潜水电机的绝缘变化很大。潜油电泵机组建成后，系统绝缘在500-600m之间，运行一段时间后，系统对地面绝缘大大降低，甚至降低到零。
2）检查潜水电机内部的供油液时，很难从电机下部的注油孔排出油。
3）在潜水电泵保护器的连接处，小扁平“O”形圈硬化。
4）潜水电机内部压力高。
5）潜水电机与保护器连接处有大量泥沙。
2;潜水电机的拆卸和检查。
通过对潜水电机的拆解和分析，总结了潜水电机在稠油井应用过程中的几种典型现象。
1）潜水电机外壁表面沾有厚度为5-10mm的粘性**沉积层，取样分析后主要成分为胶体和沥青质成分。
2）稠油井粘度高导致多套潜油泵机组电机和护罩堵塞。
3）多台潜油电泵机组电机部件因井下作业温度高而变色。例如，电机扶正铜套变蓝，转子变黑，引线保护管，推力垫老化，脆性严重。
4）潜水电机推力轴承磨损严重。
5）潜水电机内部有粘性形状**。
6）潜水电机头密封件的“O”形圈老化。
3;拆解现象分析及实验结果。
1）电机入口流体电机烧坏。
从燃烧的角度来看，进井液对潜水电机有致命的影响，电机的绝缘性能有待进一步提高。
2）电机工作温度过高。
1）30%的电机有拉直铜套变蓝、转子变黑现象，电机运转时电机局部温度达到300-400°C90%以上的铅护管碳化、推力垫老化、严重脆性等现象，结合室内温度220的实验，很多电机在运行过程中的局部温度远远超过220。
2）90%以上的拆装和检查密封件出现老化，结合密封件的耐温性、耐腐蚀性老化实验，目前高温是密封件老化的主要原因。
4;技术改进方案及效果。
4.1 ;技术改进的想法。
1）提高电机的耐温等级。
2024年上半年电机耐温等级由120级提高到150级，2024年9月以后电机耐温级级从150级提高到180级。
1）提高电机定子绝缘清漆的绝缘耐温等级，采用耐温240的高温溶剂浸渍油脂绝缘清漆，有效提高电机的耐温等级。
2）提高漆包线的耐温等级，采用进口高温绝缘膜线，耐温205。
3）改进电机的定子压装工艺，调整定子硅钢片的压紧力，进一步改善电机的磁场，减少自身发热，提高效率。
4）对于密封件，与密封件厂家合作组建耐高温、耐腐蚀橡胶件研究小组，开展特殊的橡胶配方和制造工艺研究，所有密封胶圈均采用耐高温氟橡胶材料，耐温可达200°C，提高了接头在高温下的密封性能的可靠性。
5）选用新型电机调正轴承的橡胶圈，提高其抗H2S腐蚀和耐高温性能，保证电机调速轴承的中心位置起到调正作用。
6）绝缘材料的改进，潜水电机中使用的各种绝缘材料都有最高的允许工作温度，在温度范围内可以长期使用，如果超过最高允许工作温度，绝缘材料就会老化，电气、机械和化学性能就会被破坏， 并且使用寿命会迅速缩短，严重时会烧坏，导致电机损坏。电机的绝缘等级由其使用的绝缘材料中耐热性最低的材料决定（见表1）。
理论和实践证明，如果工作温度超过A级绝缘8级（B级1O级、F级12级、H级14级）的极限温度，绝缘材料的使用寿命将缩短一半，严重影响整个电机的使用寿命。
7）优化高温电机各摩擦副之间的配合间隙，根据机组实际运行情况进一步优化调整电机摩擦副，根据模拟现场温度、介质实验、摩擦副实际变化次数进行调整。
8）优化电机润滑油循环系统设计，提高散热能力，润滑油循环系统由前部自循环系统和后部强制循环系统组成，前者依靠电机转子旋转产生的离心力带动润滑油循环流动后者配有驱动叶轮，该叶轮旋转以产生推力以加速润滑油的循环。
2）提高电机的绝缘性能。
提高电机绝缘性能的目的是在井液或水进入电机时延缓电机绝缘性能的下降，延长电机的使用寿命。
1）电机专用油循环系统，电机内部设有专用油循环系统，用于内部冷却和润滑。电机正常运行时，机油随转子高速旋转，气隙中的机油通过轴孔底部压入轴孔空腔，从其上端流回气隙中，形成循环系统的闭环回路。 循环不间断，不仅润滑电机内部的运动部件，而且将电机内部产生的大量热量传递到机壳上，从而达到润滑和冷却电机内部的目的。
2）提高电磁线的绝缘水平，与电磁线和绝缘膜厂家共同组建项目组，改进绝缘膜的材料规格和电磁线的生产工艺，进行多轮室内损伤和老化实验。电动机对地绝缘值国家标准要求1000m，相关厂家将潜水电机对地绝缘值从2000m提高到2500m。
实验测试数据：电磁线、电机引线等材料均经过严格的检测标准，进厂前对绝缘、电阻值、耐水压等进行验收、使用和取样老化试验。 其中，耐水压试验是重要的检测指标。 水中高压介电试验：直流（额定电压的2倍+1000伏）1414 持续 1 分钟，不击穿，不漏电流。 从表2的测试结果表明，该材料具有良好的绝缘性能，可以满足在非绝缘和润滑环境中的应用。
3）提高潜水电机定子的内部密封性能，改善高温机组的定子浸渍工艺和固化温度梯度，增强电机定子内部绝缘漆的致密性、强度和粘接性能，提高电机进水后电磁线的保护功能。
4）优化电机引线的制造工艺，提高触点的密封性和强度。
3）改进导流罩工艺。
工艺改进的目的是改善电机在油井供液不足和稀掺杂的条件下的散热条件。 电机的散热与冷却介质（井液）的物理性质及其流动状态密切相关。 物理性质主要有导热系数、比热c、密度、动粘度和运动粘度等，这些物理常数与环境温度有关，流体的流动状态不仅与其运动状态有关，而且与套管与套管之间形成的环形空间的大小和潜水电泵的实际排量密切相关。 因此，研究电机生产过程中产生的温升对于稠油油藏的开发具有重要意义。 分析了电机的散热情况，找到了提高潜油电泵机组重油提取效果的途径。
当井液流经电机壳体外径和壳体内径（护罩）的环形空间时，根据雷诺准则判断三种流动状态：湍流、层流和过渡流。
根据对流散热的相似准则和准则方程，判断散热效果，不同流动状态具有不同的散热效果，其中湍流散热效果最好。
4.2 ;技术改进措施。
1）喷涂特殊涂层。
为了减少重油运动过程中的摩擦，电机的外表面和洗牌机的内壁喷涂了国外进口的特殊涂层，改变了表面光洁度和致密性，降低了液体的表面张力，因此可使流速提高20%以上，降低胶质与沥青重油的结合能力。
2）改善导流罩结构。
将半密封状态改为全密封状态，使电机表面的液体流速最大化，并根据不同的液体生产量设计了158和7型号"相同规格的护罩。
4.3 ;技术改进的效果。
1）2024年区块首台改进型150台电机拆解检查结果显示，6台电机已进入井液，但有绝缘，三相直流电阻平衡，电机完好。说明首次对电机绝缘性能的提高起到了一定的作用。
2）2024年180单元块第二次改进无故障井，块外1井故障TH12147井，这是非电机原因造成的，改进后的180电机使用效果还有待观察。
5;结论和建议。
5.1;结论。
1）电机运行时，具有一定的抵抗井液的能力，能正常运行，不会立即造成电机烧坏，不是诱发停机的直接原因。
2）故障停止时，井液会堵塞电机内部散热循环系统，重油介质会增加电机内部的机械损失，电机的启动转矩会增加，温升会升高，导致电机温度过高， 绝缘层被破坏，电机被烧毁。
3）重油介质会破坏内部滑动摩擦油膜润滑系统，加速推力轴承和扶直轴承的磨损。
4）在一些运行单元中，由于密封胶圈老化、小平头泄漏或保护器失效，电机内部有大量的井液。系统应保持稳定运行，避免因频率和掺杂的调整而停机，特别是寿命长的井。
5.2;建议。
1）跟踪180电机的运行情况，分析改善效果的适应性。
2）加强对现场施工质量特别是冬季施工质量的监督，杜绝因施工质量造成的断层井。
3）加快725电机对稠油块的适应性优化，尽快应用于油田。
4）进一步改进高温电机的制造工艺，保证高温材料的质量，保证电机的质量和稳定性。
5）进一步推广和改进电机表面喷涂技术，改善电机表面特性，减少重油粘结和摩擦，降低电机温升。
6）根据电机表面介质流量的计算，研究护罩的配套技术，使电机表面液体流量最大化，降低电机温度，延长电机寿命。
7）针对高温143型潜水电机，优化改进制造工艺，增加关键工序的高温定性处理工艺。