أثبتت مكونات حماية المضخة أنها تحمي المضخات من الرمال وتطيل العمر التشغيلي للمرسب الكهروستاتيكي في الآبار غير التقليدية ، ويتحكم هذا الحل في التدفق العكسي لرمل فارك والمواد الصلبة الأخرى التي يمكن أن تسبب حمولات زائدة ووقت تعطل ، وتقضي تقنية التمكين على المشاكل المرتبطة بعدم اليقين في توزيع حجم الجسيمات.
نظرًا لاعتماد المزيد والمزيد من آبار النفط على المرسبات الكهروستاتيكية ، فإن إطالة عمر أنظمة الضخ الغاطسة الكهربائية (ESP) أصبح ذا أهمية متزايدة ، كما أن العمر التشغيلي وأداء مضخات الرفع الاصطناعية حساسين للمواد الصلبة في السوائل المنتجة ، كما انخفض العمر التشغيلي وأداء المرساب الكهروستاتيكي بشكل كبير مع زيادة الجسيمات الصلبة ، بالإضافة إلى ذلك ، تزيد المواد الصلبة من وقت تعطل البئر وتكرار الصيانة المطلوبة لاستبدال المرساب الكهروستاتيكي.
تشمل الجسيمات الصلبة التي تتدفق غالبًا من خلال مضخات الرفع الاصطناعية رمل التكوينات ، ودعامات التكسير الهيدروليكي ، والأسمنت ، والجزيئات المعدنية المتآكلة أو المتآكلة ، وتتراوح تقنيات الحفر العميقة المصممة لفصل المواد الصلبة من الأعاصير منخفضة الكفاءة إلى شبكة سلكية ثلاثية الأبعاد عالية الكفاءة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وقد تم استخدام أجهزة إزالة الدوامة العميقة في الآبار التقليدية منذ عقود ، وهي تستخدم بشكل أساسي لحماية المضخات الموجودة من الجسيمات الكبيرة أثناء الإنتاج. تعمل تقنية فاصل الدوامة بشكل متقطع فقط.
تم اقتراح العديد من المتغيرات المختلفة لشاشات التحكم في الرمل المدمجة وفك دوامة قاع البئر لحماية المرسب الكهروستاتيكي ، ومع ذلك ، هناك فجوات في حماية وأداء الإنتاج لجميع المضخات بسبب عدم اليقين في توزيع حجم وحجم المواد الصلبة التي تنتجها كل بئر ، ويزيد عدم اليقين من طول مكونات التحكم في الرمال ، وبالتالي تقليل العمق الذي يمكن عنده ضبط المرسب الكهروستاتيكي بشكل سلبي ، مما يحد من احتمالية الانحدار السلبي لخزان البئر ، ويحد من الانحدار السلبي لخزان البئر. ومع ذلك ، فإن استخدام أجهزة إزالة الصنفرة ومثبتات الطين ذات المكونات الذكرية لتعليق مجموعات التحكم الطويلة والصلبة في الرمل في أقسام الغلاف ذات التحسينات المحدودة في ESP MTBF تآكل الأنبوب الداخلي هو جانب آخر من هذا التصميم لم يتم تقييمه بشكل كافٍ.
قدم مؤلفو ورقة 2005 نتائج تجريبية لفاصل الرمل في قاع البئر على أساس أنبوب الإعصار (الشكل 1) ، والذي يعتمد على عمل الإعصار الحلزوني والجاذبية ، لإظهار أن كفاءة الفصل تعتمد على لزوجة الزيت ، ومعدل التدفق ، وحجم الجسيمات ، وقد أظهروا أن كفاءة الفاصل تعتمد إلى حد كبير على السرعة النهائية للجزيئات ، وتتناقص كفاءة الفصل مع انخفاض معدل تدفق الزيت ، وانخفاض معدل اللزوجة. فاصل قاع البئر ، تنخفض كفاءة الفصل إلى ~ 10٪ حيث ينخفض ​​حجم الجسيمات إلى ~ 100 ميكرومتر.بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة معدل التدفق ، يتعرض فاصل الدوامة للتآكل ، مما يؤثر على استخدام عمر المكونات الهيكلية.
البديل المنطقي التالي هو استخدام شاشة تحكم بالرمال ثنائية الأبعاد بعرض فتحة محدد. يعتبر حجم الجسيمات وتوزيعها اعتبارات مهمة عند اختيار الشاشات لتصفية المواد الصلبة في إنتاج البئر التقليدي أو غير التقليدي ، ولكنها قد تكون غير معروفة ، وقد تأتي المواد الصلبة من الخزان ، ولكنها قد تختلف من كعب إلى كعب ؛بدلاً من ذلك ، قد تحتاج الشاشة إلى تصفية الرمال من التكسير الهيدروليكي ، وفي كلتا الحالتين ، قد تكون تكلفة جمع المواد الصلبة وتحليلها واختبارها باهظة.
إذا لم يتم تكوين شاشة الأنابيب ثنائية الأبعاد بشكل صحيح ، يمكن أن تؤثر النتائج على اقتصاديات البئر ، فتحات الشاشة الرملية الصغيرة جدًا يمكن أن تؤدي إلى انسداد سابق لأوانه ، وإغلاق ، والحاجة إلى أعمال إصلاحية ، وإذا كانت كبيرة جدًا ، فإنها تسمح للمواد الصلبة بالدخول بحرية إلى عملية الإنتاج ، مما قد يؤدي إلى تآكل أنابيب الزيت ، وإتلاف مضخات الرفع الاصطناعية ، وتطهير خنق السطح وملء فواصل السطح والتخلص ، مما يتطلب حلًا بسيطًا للتخلص من الرمل. أحجام الرمل.
لتلبية هذه الحاجة ، تم إجراء دراسة حول استخدام مجموعات الصمامات مع شبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ ، والتي لا تتأثر بتوزيع المواد الصلبة الناتجة ، وقد أظهرت الدراسات أن شبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات حجم مسام متغير وهيكل ثلاثي الأبعاد يمكنها التحكم بفعالية في المواد الصلبة ذات الأحجام المختلفة دون معرفة توزيع حجم الجسيمات للمواد الصلبة الناتجة ، ويمكن للشبكة السلكية ثلاثية الأبعاد المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ التحكم بفعالية في حبيبات الرمل الثانوية بجميع الأحجام دون الحاجة إلى ترشيح إضافي.
تسمح مجموعة الصمام المثبتة في الجزء السفلي من الشاشة بمواصلة الإنتاج حتى يتم سحب المرساب الكهروستاتيكي ، ويمنع استرجاع المرسب الكهروستاتيكي فورًا بعد سد الشاشة ، وتحمي شاشة التحكم في الرمل الناتجة ومجموعة الصمامات المرسبات الكهروستاتيكية ومضخات رفع القضبان وعمليات رفع الغاز من المواد الصلبة أثناء الإنتاج عن طريق تنظيف تدفق السوائل ويوفر حلاً فعالاً من حيث التكلفة لإطالة عمر المضخة دون الحاجة إلى تخصيص خصائص الخزان لحالات مختلفة.
تصميم حماية المضخة من الجيل الأول: تم نشر مجموعة حماية للمضخة باستخدام شاشات من الصوف الفولاذي المقاوم للصدأ في بئر تصريف الجاذبية بمساعدة البخار في غرب كندا لحماية المرساب الكهروستاتيكي من المواد الصلبة أثناء الإنتاج. تقوم الشاشات بتصفية المواد الصلبة الضارة من سائل الإنتاج عند دخولها في سلسلة الإنتاج ، وداخل سلسلة الإنتاج ، تتدفق السوائل إلى مدخل المرساب الكهروستاتيكي ، حيث يتم ضخها إلى السطح ، ويمكن تشغيل العبوات بين منطقة البئر ومنطقة الإنتاج.
بمرور وقت الإنتاج ، تميل المسافة الحلقيّة بين الغربال والغلاف إلى الالتحام بالرمل ، مما يزيد من مقاومة التدفق ، وفي نهاية المطاف ، يتم ربط الجسور الحلقيّة تمامًا ، وتوقف التدفق ، وتخلق فرق ضغط بين حفرة البئر وسلسلة الإنتاج ، كما هو موضح في الشكل 3 ، وفي هذه المرحلة ، لا يمكن للسائل أن يتدفق إلى المرساب الكهروستاتيكي ويجب سحب سلسلة الإكمال.اعتمادًا على عدد من المتغيرات المتعلقة بإنتاج المواد الصلبة ، قد تكون المدة المطلوبة لإيقاف التدفق عبر جسر المواد الصلبة على الشاشة أقل من المدة التي تسمح لـ ESP بضخ السائل المحمّل بالمواد الصلبة متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل على الأرض ، لذلك تم تطوير الجيل الثاني من المكونات.
مجموعة حماية المضخة من الجيل الثاني. يتم تعليق شاشة التحكم في الرمال ونظام تجميع الصمام بمضخة PumpGuard * أسفل مضخة REDA * في الشكل 4 ، وهو مثال على إكمال ESP غير تقليدي ، وبمجرد إنتاج البئر ، تقوم الشاشة بتصفية المواد الصلبة في الإنتاج ، ولكنها ستبدأ في الجسر ببطء مع الرمل وإنشاء فرق ضغط ، وعندما يصل هذا الضغط التفاضلي إلى مجموعة الصمام ، يفتح هذا الضغط المتفاوت تدفق السائل إلى الصمام ، مما يؤدي إلى تدفق الضغط المتساوي إلى الصمام. غربال ، يفك قبضة أكياس الرمل على الجزء الخارجي من الشاشة ، والرمل حر في الخروج من الحلقة ، مما يقلل من مقاومة التدفق عبر الشاشة ويسمح باستئناف التدفق ، ومع انخفاض الضغط التفاضلي ، يعود الصمام إلى موضعه المغلق وتستأنف ظروف التدفق الطبيعي ، كرر هذه الدورة حتى يصبح من الضروري سحب المرسب الكهروستاتيكي من الفتحة للخدمة ، ودراسات الحالة التي تم إبرازها في هذه المقالة لإطالة عمر المضخة قيد التشغيل بشكل كبير.
بالنسبة للتركيب الأخير ، تم تقديم حل مدفوع التكلفة لعزل المنطقة بين الشبكة السلكية الفولاذية المقاومة للصدأ و ESP ، حيث تم تركيب ماكينة تعبئة الأكواب المتجهة لأسفل فوق قسم الشاشة ، وفوق وحدة تعبئة الأكواب ، توفر ثقوب الأنبوب المركزي الإضافية مسار تدفق للسائل المنتج للانتقال من داخل الشاشة إلى المساحة الحلقيّة فوق المعبئ ، حيث يمكن للسائل أن يدخل إلى مدخل المرساب الكهروستاتيكي.
يوفر مرشح شبكة أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ الذي تم اختياره لهذا الحل العديد من المزايا على أنواع الشبكات ثنائية الأبعاد القائمة على الفجوة ، وتعتمد المرشحات ثنائية الأبعاد بشكل أساسي على الجسيمات التي تمتد على فجوات أو فتحات المرشح لبناء أكياس الرمل وتوفير التحكم في الرمال ، ومع ذلك ، نظرًا لأنه لا يمكن تحديد سوى قيمة فجوة واحدة للشاشة ، تصبح الشاشة شديدة الحساسية لتوزيع حجم الجسيمات للسائل الناتج.
في المقابل ، توفر الطبقة الشبكية السميكة لمرشحات شبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ مسامية عالية (92٪) ومساحة تدفق مفتوحة كبيرة (40٪) لسائل تجويف البئر الناتج ، ويتم إنشاء الفلتر عن طريق ضغط شبكة من الصوف الفولاذي المقاوم للصدأ ولفها مباشرة حول أنبوب مركزي مثقوب ، ثم يتم تغليفها بغطاء حماية مثقوب ملحوم بالأنبوب المركزي عند كل طرف. تتدفق الغرامات على طول مسار تدفق ثلاثي الأبعاد باتجاه الأنبوب المركزي بعد حصر الجسيمات الكبيرة والضارة داخل الشبكة. أظهر اختبار الاحتفاظ بالرمل على عينات من هذا المنخل أن المرشح يحافظ على نفاذية عالية لأن السائل يتولد من خلال المنخل. يمكن لهذا الفلتر "الحجم" الفردي أن يتعامل مع جميع توزيعات حجم الجسيمات للسوائل المنتجة التي تمت مواجهتها على وجه التحديد ، وقد تم تطوير شاشة من الصوف الفولاذي المقاوم للصدأ من قبل مشغل رئيسي مكتمل في الثمانينات من القرن الماضي.
تتكون مجموعة الصمام من صمام محمل بزنبرك يسمح بالتدفق أحادي الاتجاه إلى سلسلة الأنابيب من منطقة الإنتاج. عن طريق ضبط التحميل المسبق لفائف الربيع قبل التثبيت ، يمكن تخصيص الصمام لتحقيق ضغط التكسير المطلوب للتطبيق ، وعادةً ، يتم تشغيل الصمام أسفل شبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ لتوفير مسار تدفق ثانوي بين الخزان و ESP ، وفي بعض الحالات ، تعمل الصمامات المتعددة وشبكات التكسير السفلية ذات الضغط المنخفض عن الصمامات الوسطى ذات الضغط المنخفض.
بمرور الوقت ، تملأ جزيئات التكوين المنطقة الحلقيّة بين السطح الخارجي لشاشة تجميع واقي المضخة وجدار غلاف الإنتاج ، وعندما يمتلئ التجويف بالرمل وتتحد الجسيمات ، يزداد انخفاض الضغط عبر كيس الرمل ، وعندما يصل انخفاض الضغط هذا إلى قيمة محددة مسبقًا ، يفتح الصمام المخروطي ويسمح بالتدفق مباشرة عبر مدخل المضخة ، وفي هذه المرحلة ، يتم تقليل التدفق عبر الأنبوب عبر مصفاة الرمل المختلفة على طول المصفاة المدمجة سابقًا. ينغلق صمام السحب ، لذلك لا تستطيع المضخة رؤية التدفق مباشرة من الصمام إلا لفترة قصيرة من الوقت ، وهذا يطيل من عمر المضخة ، حيث أن معظم التدفق هو السائل الذي يتم ترشيحه عبر مصفاة الرمل.
تم تشغيل نظام حماية المضخة مع ماكينات التعبئة في ثلاثة آبار مختلفة في حوض ديلاوير في الولايات المتحدة ، والهدف الرئيسي هو تقليل عدد مرات بدء تشغيل المرساب الكهروستاتيكي والتوقف بسبب الأحمال الزائدة المتعلقة بالرمال وزيادة توفر المرساب الكهروستاتيكي لتحسين الإنتاج ، وتم تعليق نظام حماية المضخة من الطرف السفلي لسلسلة المرساب الكهروستاتيكي ، وتظهر نتائج بئر الزيت أداءً مستقرًا للمضخة ، وتقليلًا للاهتزاز وكثافة الرمل ، وتقليل وقت تشغيل المضخة بنسبة 75٪ ، وتقليل وقت تشغيل المضخة ، وتقليل وقت تشغيل المضخة بنسبة 75٪. .
بئر: تم تركيب نظام ESP في بئر حفر وتكسير جديد في مقاطعة مارتن ، تكساس ، ويبلغ الجزء الرأسي من البئر حوالي 9000 قدم ويمتد الجزء الأفقي إلى 12000 قدم ، وعمق مُقاس (MD) ، ولأول عمليتي إتمام ، تم تركيب نظام فاصل الرمل الدوامي في قاع البئر مع ستة وصلات مبطنة كجزء لا يتجزأ من إكمال ESP. أظهر تحليل تفكيك وحدة ESP المسحوبة أن مجموعة فاصل الغاز الدوامة كانت مسدودة بمادة غريبة ، والتي تم تحديدها على أنها رمل لأنها غير مغناطيسية ولا تتفاعل كيميائيًا مع الحمض.
في تركيب ESP الثالث ، استبدلت شبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ فاصل الرمال كوسيلة للتحكم في الرمال ESP. بعد تثبيت نظام حماية المضخة الجديد ، أظهر ESP سلوكًا أكثر استقرارًا ، مما قلل نطاق تقلبات تيار المحرك من ~ 19 A للتثبيت # 2 إلى ~ 6.3 A للتركيب # 3. 100٪ و ESP يعمل باهتزاز منخفض.
البئر B في بئر بالقرب من Eunice ، نيو مكسيكو ، يوجد بئر آخر غير تقليدي مثبت عليه ESP ولكن لا توجد حماية للمضخة. بعد انخفاض التمهيد الأولي ، بدأ ESP في إظهار سلوك غير منتظم ، وترتبط التقلبات في التيار والضغط بارتفاع الاهتزاز ، وبعد الحفاظ على هذه الظروف لمدة 137 يومًا ، فشل ESP وتم تثبيت البديل ، ويتضمن التثبيت الثاني نظامًا جديدًا لحماية المضخة مع نفس اهتزاز ESP. في وقت النشر ، كان التشغيل الثاني للمرساب الكهروستاتيكي قد وصل إلى أكثر من 300 يوم من التشغيل ، وهو تحسن كبير عن التركيب السابق.
البئر C: تم التثبيت الثالث للنظام في الموقع في مينتون ، تكساس ، من قبل شركة متخصصة في النفط والغاز تعرضت للانقطاع وفشل المرساب الكهروستاتيكي بسبب إنتاج الرمال وأرادت تحسين وقت تشغيل المضخة ، يقوم المشغلون عادةً بتشغيل فواصل الرمل في قاع البئر مع بطانة في كل بئر ESP ، ومع ذلك ، بمجرد امتلاء البطانة بالرمل ، سيسمح الفاصل للرمال بالتدفق خلال مرحلة المضخة ، مما يؤدي إلى حدوث تآكل في المضخة. واقي ، يتمتع ESP بعمر تشغيلي أطول بنسبة 22٪ مع انخفاض ضغط أكثر استقرارًا ووقت تشغيل أفضل مرتبط بالمرساب الكهروستاتيكي.
انخفض عدد عمليات الإغلاق المتعلقة بالرمل والمواد الصلبة أثناء التشغيل بنسبة 75٪ ، من 8 أحداث زائدة في التثبيت الأول إلى اثنتين في التثبيت الثاني ، وزاد عدد عمليات إعادة التشغيل الناجحة بعد إيقاف التحميل الزائد بنسبة 30٪ ، من 8 في التثبيت الأول.تم إجراء ما مجموعه 12 حدثًا ، لما مجموعه 8 أحداث ، في التركيب الثانوي ، مما أدى إلى تقليل الضغط الكهربائي على المعدات وزيادة العمر التشغيلي لـ ESP.
يوضح الشكل 5 الزيادة المفاجئة في توقيع ضغط السحب (الأزرق) عند انسداد شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ وفتح مجموعة الصمامات ، ويمكن أن يؤدي توقيع الضغط هذا إلى زيادة تحسين كفاءة الإنتاج من خلال التنبؤ بفشل المرساب الكهروستاتيكي المرتبط بالرمال ، لذلك يمكن التخطيط لعمليات الاستبدال مع منصات صيانة الآبار.
1 Martins ، JA ، ES Rosa ، S.Robson ، "التحليل التجريبي لأنبوب الدوامة كأداة لإزالة البئر ،" ورقة SPE 94673-MS ، تم تقديمها في مؤتمر هندسة البترول في أمريكا اللاتينية والبحر الكاريبي ، ريو دي جانيرو ، البرازيل ، 20 يونيو - 23 فبراير 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
تحتوي هذه المقالة على عناصر من ورقة SPE 207926-MS ، المقدمة في معرض ومؤتمر أبوظبي الدولي للبترول في أبو ظبي ، الإمارات العربية المتحدة ، 15-18 نوفمبر 2021.
تخضع جميع المواد لقوانين حقوق النشر المطبقة بصرامة ، يرجى قراءة الشروط والأحكام وسياسة ملفات تعريف الارتباط وسياسة الخصوصية الخاصة بنا قبل استخدام هذا الموقع.