Компонентите за защита на помпата са доказали, че предпазват помпите от пясък и удължават експлоатационния живот на ESP в неконвенционални кладенци. Това решение контролира обратния поток на фракционния пясък и други твърди частици, които могат да причинят претоварване и престой. Технологията, позволяваща елиминира проблемите, свързани с несигурността на разпределението на размера на частиците.
Тъй като все повече петролни кладенци разчитат на ESP, удължаването на живота на електрическите потопяеми помпени системи (ESP) става все по-важно. Експлоатационният живот и производителността на помпите с изкуствено повдигане са чувствителни към твърди частици в произведените течности. Експлоатационният живот и производителността на ESP намаляха значително с увеличаването на твърдите частици. Освен това, твърдите частици увеличават времето за престой на кладенеца и честотата на ремонт, необходима за замяна на ESP.
Твърдите частици, които често протичат през помпи за изкуствено повдигане, включват пясък от пластове, пропанти за хидравлично разбиване, цимент и ерозирали или корозирали метални частици. Технологиите в сондажа, предназначени за отделяне на твърди частици, варират от нискоефективни циклони до високоефективна 3D телена мрежа от неръждаема стомана. Вихровите обезпесъчители на дъното се използват в конвенционалните кладенци от десетилетия и се използват предимно за защита на помпи от големи частици по време на производството. Въпреки това, неконвенционалните кладенци са подложени на непостоянен поток от запушвания, което води до съществуващата технология за вихров сепаратор в дупки, работеща само периодично.
Предложени са няколко различни варианта на комбинирани екрани за контрол на пясъка и вихрови обезпесъчители в дупки за защита на ESP. Съществуват обаче пропуски в защитата и производствените характеристики на всички помпи поради несигурността в разпределението на размера и обема на твърдите частици, произведени от всеки кладенец. Несигурността увеличава дължината на компонентите за контрол на пясъка, като по този начин намалява дълбочината, на която ESP може да бъде настроен, ограничавайки потенциала за спад на резервоара на ESP и отрицателно въздействие върху Икономика на кладенеца. По-дълбоките дълбочини на настройка се предпочитат в неконвенционалните кладенци. Въпреки това, използването на десандъри и кални анкери с мъжка запушалка за окачване на дълги, твърди възли за контрол на пясъка в секции на корпуса с висока степен на тежест, ограничена от ESP MTBF подобрения. Корозията на вътрешната тръба е друг аспект на този дизайн, който не е адекватно оценен.
Авторите на статия от 2005 г. представиха експериментални резултати от сепаратор за пясък в сондаж, базиран на циклонова тръба (Фигура 1), която зависи от действието на циклона и гравитацията, за да покажат, че ефективността на разделяне зависи от вискозитета на маслото, скоростта на потока и размера на частиците. Те показват, че ефективността на сепаратора зависи до голяма степен от крайната скорост на частиците. Ефективността на разделяне намалява с намаляване на скоростта на потока, намалява увеличаване на размера на твърдите частици и увеличаване на вискозитета на маслото, Фигура 2. За типичен циклонен тръбен сепаратор в дупки, ефективността на разделяне пада до ~10%, тъй като размерът на частиците пада до ~100 µm.Освен това, с увеличаване на скоростта на потока, вихровият сепаратор е обект на ерозионно износване, което се отразява на експлоатационния живот на структурните компоненти.
Следващата логична алтернатива е да се използва 2D сито за контрол на пясъка с определена ширина на процепа. Размерът и разпределението на частиците са важни съображения при избора на сита за филтриране на твърди частици при конвенционално или неконвенционално производство на кладенци, но те може да са неизвестни. Твърдите частици може да идват от резервоара, но могат да варират от петата до петата;алтернативно, ситото може да се наложи да филтрира пясъка от хидравличното разбиване. И в двата случая разходите за събиране, анализ и тестване на твърди частици могат да бъдат непосилни.
Ако 2D тръбният екран не е конфигуриран правилно, резултатите могат да компрометират икономиката на кладенеца. Твърде малките отвори на пясъчната решетка могат да доведат до преждевременно запушване, спиране и необходимост от коригиращи ремонти. Ако са твърде големи, те позволяват на твърди частици свободно да навлизат в производствения процес, което може да корозира тръбите за масло, да повреди помпи за изкуствено повдигане, да промие повърхностните дросели и да запълни повърхностните сепаратори, което изисква пясъкоструене и изхвърляне .Тази ситуация изисква просто, рентабилно решение, което може да удължи живота на помпата и да покрие широко разпространение на размерите на пясъка.
За да се отговори на тази нужда, беше проведено проучване за използването на вентилни възли в комбинация с телена мрежа от неръждаема стомана, която е нечувствителна към полученото разпределение на твърдите частици. Проучванията показват, че телената мрежа от неръждаема стомана с променлив размер на порите и 3D структура може ефективно да контролира твърди частици с различни размери, без да знае разпределението на размера на частиците на получените твърди частици. 3D телената мрежа от неръждаема стомана може ефективно да контролира пясъчните зърна от всякакъв размер, без необходимостта от допълнителна вторична филтрация.
Клапанен възел, монтиран в долната част на ситото, позволява производството да продължи, докато ESP не бъде изваден. Той предотвратява извличането на ESP веднага след като ситото е преодоляно. Полученият екран за контрол на входния пясък и вентилният възел предпазват ESP, помпи за повдигане на пръти и завършвания на газлифта от твърди частици по време на производство чрез почистване на флуидния поток и осигурява рентабилно решение за удължаване на живота на помпата, без да се налага да адаптирате характеристиките на резервоара за различни ситуации.
Конструкция за защита на помпата от първо поколение. Монтаж за защита на помпата, използващ сита от неръждаема стоманена вълна, беше разположен в гравитационен дренажен кладенец с пара в Западна Канада, за да предпази ESP от твърди частици по време на производството. Ситата филтрират вредните твърди частици от производствения флуид, когато той навлезе в производствения низ. В рамките на производствения низ течностите текат към входа на ESP, където се изпомпват към повърхността. Пакерите могат да бъдат пуснати между ситото и ESP, за да осигурят зонална изолация между производствената зона и горния кладенец.
По време на производството, пръстеновидното пространство между ситото и корпуса има тенденция да се запълва с пясък, което увеличава съпротивлението на потока. В крайна сметка, пръстеновидното пространство се свързва напълно, спира потока и създава разлика в налягането между сондажа и производствената колона, както е показано на Фигура 3. В този момент течността вече не може да тече към ESP и колоната за завършване трябва да бъде издърпана.В зависимост от редица променливи, свързани с производството на твърди частици, продължителността, необходима за спиране на потока през моста за твърди частици на екрана, може да бъде по-малка от продължителността, която би позволила на ESP да изпомпва течността, натоварена с твърди частици, средното време между отказите на земята, така че е разработено второто поколение компоненти.
Устройството за защита на помпата от второ поколение. Системата за контрол на пясъка на входа PumpGuard* и монтажната система на клапана са окачени под помпата REDA* на Фигура 4, пример за неконвенционално завършване на ESP. След като кладенецът започне да произвежда, екранът филтрира твърдите частици в производството, но ще започне бавно да се свързва с пясъка и да създава разлика в налягането. Когато това диференциално налягане достигне зададеното налягане на напукване на клапана, клапанът се отваря, позволявайки на течността да тече директно в тръбната струна към ESP. Този поток изравнява разликата в налягането през ситото, разхлабвайки сцеплението на чувалите с пясък от външната страна на ситото. Пясъкът може свободно да излезе от пръстена, което намалява съпротивлението на потока през ситото и позволява възобновяването на потока. Когато диференциалното налягане спадне, клапанът се връща в затворено положение и нормалните условия на потока се възобновяват. Повторете този цикъл, докато е необходимо да издърпате ESP от отвора за обслужване. проучванията, подчертани в тази статия, демонстрират, че системата е в състояние значително да удължи живота на помпата в сравнение със самостоятелно завършване на скрининг.
За скорошната инсталация беше въведено рентабилно решение за изолация на зоната между телената мрежа от неръждаема стомана и ESP. Насочен надолу пакер с чаша е монтиран над секцията на ситото. Над пакера с чаша допълнителни централни тръбни перфорации осигуряват път на потока за произведения флуид, който да мигрира от вътрешността на ситото към пръстеновидното пространство над пакера, където течността може да влезе във входа на ESP.
Филтърът от телена мрежа от неръждаема стомана, избран за това решение, предлага няколко предимства пред базираните на празнини 2D типове мрежи. 2D филтрите разчитат предимно на частици, обхващащи филтърни пролуки или слотове, за изграждане на торби с пясък и осигуряване на контрол на пясъка. Въпреки това, тъй като само една стойност на междината може да бъде избрана за екрана, екранът става силно чувствителен към разпределението на размера на частиците на произведения флуид.
За разлика от това, дебелото мрежесто легло от мрежести филтри от неръждаема стомана осигурява висока порьозност (92%) и голяма отворена площ на потока (40%) за произведения флуид от сондажа. Филтърът е конструиран чрез компресиране на мрежа от руно от неръждаема стомана и обвиването й директно около перфорирана централна тръба, след което я капсулира в перфориран защитен капак, който е заварен към централната тръба във всеки край. Разпределението на порите в мрежестото легло, не- равномерната ъглова ориентация (варираща от 15 µm до 600 µm) позволява безвредни фини частици да текат по 3D пътя на потока към централната тръба, след като по-големите и вредни частици са уловени в мрежата. Тестването за задържане на пясък върху образци от това сито показа, че филтърът поддържа висока пропускливост, тъй като течността се генерира през ситото. Ефективно този филтър с един "размер" може да се справи с всички разпределения на размера на частиците на откритите произведени флуиди. Тази решетка от неръждаема стомана е разработена от голям оператор през 80-те години на миналия век специално за завършване на самостоятелни решетки в парно стимулирани резервоари и има богат опит в успешни инсталации.
Вентилният възел се състои от натоварен с пружина клапан, който позволява еднопосочен поток в тръбния низ от производствената зона. Чрез регулиране на предварителното натоварване на спиралната пружина преди монтажа, клапанът може да бъде персонализиран, за да постигне желаното налягане на напукване за приложението. Обикновено клапан се пуска под телената мрежа от неръждаема стомана, за да осигури вторичен път на потока между резервоара и ESP. В някои случаи множество клапани и мрежи от неръждаема стомана работят последователно , като средният клапан има по-ниско налягане на напукване от най-долния клапан.
С течение на времето частиците от формацията запълват пръстеновидната зона между външната повърхност на екрана на протекторния възел на помпата и стената на производствения корпус. Тъй като кухината се запълва с пясък и частиците се консолидират, спадът на налягането в торбата с пясък се увеличава. Когато този спад на налягането достигне предварително зададена стойност, конусният клапан се отваря и позволява поток директно през входа на помпата. На този етап потокът през тръбата е в състояние да разбие предварително консолидирания пясък по дължината на ex поради намаления диференциал на налягането, потокът ще се възобнови през ситото и всмукателният клапан ще се затвори. Следователно помпата може да вижда потока директно от вентила само за кратък период от време. Това удължава живота на помпата, тъй като по-голямата част от потока е течността, филтрирана през пясъчния филтър.
Системата за защита на помпата е управлявана с пакери в три различни кладенеца в басейна на Делауеър в Съединените щати. Основната цел е да се намали броят на стартиранията и спиранията на ESP поради свързани с пясък претоварвания и да се увеличи наличността на ESP за подобряване на производството. Системата за защита на помпата е окачена от долния край на низа на ESP. Резултатите от нефтения кладенец показват стабилна производителност на помпата, намалени вибрации и интензитет на тока и технология за защита на помпата. След инсталиране на новата система, пясък и твърди частици свързаното време на престой беше намалено със 75%, а животът на помпата се увеличи с повече от 22%.
Кладенец. ESP система беше инсталирана в нов сондажен и разбиващ кладенец в окръг Мартин, Тексас. Вертикалната част на кладенеца е приблизително 9000 фута, а хоризонталната част се простира до 12 000 фута, измерена дълбочина (MD). За първите две завършвания беше инсталирана система за вихров пясъчен сепаратор в дупка с шест връзки на обшивката като неразделна част от завършването на ESP. За две последователни инсталации, използващи същия тип пясъчен сепаратор, беше наблюдавано нестабилно поведение на работните параметри на ESP (интензитет на тока и вибрации). Анализът на разглобяването на изтегления ESP модул разкри, че модулът на вихровия газов сепаратор е запушен с чуждо вещество, което беше определено като пясък, тъй като е немагнитен и не реагира химически с киселина.
В третата инсталация на ESP телената мрежа от неръждаема стомана замени сепаратора за пясък като средство за контрол на пясъка на ESP. След инсталирането на новата система за защита на помпата, ESP показа по-стабилно поведение, намалявайки обхвата на флуктуациите на тока на двигателя от ~19 A за инсталация #2 до ~6,3 A за инсталация #3. Вибрацията е по-стабилна и тенденцията е намалена със 75%. Падът на налягането също беше стабилен, варирайки много малко в сравнение с предишна инсталация и е получил допълнителни 100 psi спад на налягането. Изключванията при претоварване на ESP са намалени със 100% и ESP работи с ниски вибрации.
Кладенец Б. В един кладенец близо до Юнис, Ню Мексико, друг неконвенционален кладенец имаше инсталиран ESP, но без защита на помпата. След първоначалното зареждане, ESP започна да проявява хаотично поведение. Колебанията в тока и налягането са свързани с пикове на вибрации. След поддържане на тези условия в продължение на 137 дни, ESP се повреди и беше инсталирана подмяна. Втората инсталация включва нова система за защита на помпата със същата ESP конфигурация. След като сондажът възобнови производството , ESP работеше нормално, със стабилен ампераж и по-малко вибрации. Към момента на публикуване второто изпълнение на ESP беше достигнало над 300 дни работа, значително подобрение спрямо предишната инсталация.
Кладенец C. Третата инсталация на системата на място беше в Ментоун, Тексас, от специализирана компания за нефт и газ, която имаше прекъсвания и повреди на ESP поради производството на пясък и искаше да подобри времето за работа на помпата. Операторите обикновено пускат сепаратори за пясък в дупки с облицовка във всеки кладенец на ESP. Въпреки това, след като облицовката се напълни с пясък, сепараторът ще позволи на пясъка да тече през помпената секция, корозирайки степента на помпата, лагерите и вала, което води до загуба на повдигане. След работа на новата система с предпазителя на помпата, ESP има 22% по-дълъг експлоатационен живот с по-стабилен спад на налягането и по-добро време за работа, свързано с ESP.
Броят на спиранията, свързани с пясък и твърди частици по време на работа, намаля със 75%, от 8 събития на претоварване в първата инсталация до две във втората инсталация, а броят на успешните рестартирания след изключване при претоварване се увеличи с 30% от 8 в първата инсталация.Общо 12 събития, за общо 8 събития, бяха извършени във вторичната инсталация, намалявайки електрическия стрес върху оборудването и увеличавайки експлоатационния живот на ESP.
Фигура 5 показва внезапното увеличение на сигнатурата на входящото налягане (синьо), когато мрежата от неръждаема стомана е блокирана и възелът на клапана е отворен. Тази сигнатура на налягането може допълнително да подобри ефективността на производството чрез прогнозиране на повреди на ESP, свързани с пясък, така че могат да се планират операции за подмяна със съоръжения за ремонт.
1 Мартинс, JA, ES Rosa, S. Robson, „Експериментален анализ на завихряща тръба като устройство за обезпесъчване в дупки,“ SPE Paper 94673-MS, представен на SPE Латинска Америка и Карибската петролна инженерна конференция, Рио де Жанейро, Бразилия, 20 юни – 23 февруари 2005 г. https://doi.org/10.2118/94673-MS .
Тази статия съдържа елементи от документ на SPE 207926-MS, представен на Международното петролно изложение и конференция в Абу Даби в Абу Даби, ОАЕ, 15-18 ноември 2021 г.
Всички материали са предмет на стриктно прилагани закони за авторското право, моля, прочетете нашите Правила и условия, Политика за бисквитки и Политика за поверителност, преди да използвате този сайт.