S'ha demostrat que els components de protecció de bombes protegeixen les bombes de la sorra i allargan la vida operativa dels ESP en pous no convencionals. Aquesta solució controla el retorn de la sorra trencada i altres sòlids que poden causar sobrecàrregues i temps d'inactivitat. La tecnologia d'habilitació elimina els problemes associats a la incertesa de la distribució de la mida de les partícules.
A mesura que cada cop més pous de petroli depenen dels ESP, allargar la vida útil dels sistemes de bombeig elèctric submergible (ESP) és cada cop més important. La vida operativa i el rendiment de les bombes d'elevació artificial són sensibles als sòlids dels fluids produïts. La vida operativa i el rendiment de l'ESP van disminuir significativament amb l'augment de partícules sòlides.
Les partícules sòlides que sovint flueixen a través de bombes d'elevació artificial inclouen sorra de formació, suports de fracturació hidràulica, ciment i partícules metàl·liques erosionades o corroïdes. Les tecnologies de fons dissenyades per separar sòlids van des de ciclons de baixa eficiència fins a malles de filferro d'acer inoxidable 3D d'alta eficiència. Els pous convencionals estan subjectes a un flux de llimacs intermitents, cosa que fa que la tecnologia de separació de vòrtex de fons de forat existent només funcioni de manera intermitent.
S'han proposat diverses variants de pantalles combinades de control de sorra i desandadors de vòrtex de fons per protegir els ESP. No obstant això, hi ha llacunes en la protecció i el rendiment de producció de totes les bombes a causa de la incertesa en la distribució de la mida i el volum de sòlids produïts per cada pou. economia de pou. Es prefereixen profunditats de fixació més profundes en pous no convencionals. No obstant això, l'ús de desaixadores i ancoratges de fang de tap mascle per suspendre conjunts de control de sorra llargs i rígids en seccions de carcassa amb millores ESP MTBF limitades de gran severitat. La corrosió del tub interior és un altre aspecte d'aquest disseny que no s'ha avaluat adequadament.
Els autors d'un article de 2005 van presentar resultats experimentals d'un separador de sorra de fons basat en un tub de cicló (Figura 1), que depenia de l'acció i la gravetat del cicló, per demostrar que l'eficiència de la separació depèn de la viscositat del petroli, el cabal i la mida de les partícules. viscositat, Figura 2. Per a un separador de tub de cicló típic, l'eficiència de la separació cau a ~10% a mesura que la mida de la partícula baixa a ~100 µm.A més, a mesura que augmenta el cabal, el separador de vòrtex està subjecte a un desgast per erosió, que afecta la vida útil dels components estructurals.
La següent alternativa lògica és utilitzar una pantalla de control de sorra 2D amb una amplada de ranura definida. La mida i la distribució de les partícules són consideracions importants a l'hora de seleccionar pantalles per filtrar sòlids en la producció de pous convencionals o no convencionals, però poden ser desconegudes. Els sòlids poden provenir del dipòsit, però poden variar de taló a taló;alternativament, la pantalla pot necessitar filtrar sorra de fracturació hidràulica. En qualsevol dels casos, el cost de la recollida, anàlisi i proves de sòlids pot ser prohibitiu.
Si la pantalla de tubs 2D no està configurada correctament, els resultats poden comprometre l'economia del pou. Les obertures de pantalla de sorra massa petites poden provocar endollaments prematurs, parades i la necessitat de reparacions. Si són massa grans, permeten que els sòlids entrin lliurement al procés de producció, que poden corroir les canonades d'oli, danyar les bombes d'elevació artificials, necessitar netejar separadors de superfícies i netejar la situació. solució senzilla i rendible que pot allargar la vida útil de la bomba i cobrir una àmplia distribució de mides de sorra.
Per satisfer aquesta necessitat, es va realitzar un estudi sobre l'ús de conjunts de vàlvules en combinació amb malla de filferro d'acer inoxidable, que és insensible a la distribució de sòlids resultant. Els estudis han demostrat que la malla de filferro d'acer inoxidable amb mida de porus variable i estructura 3D pot controlar eficaçment sòlids de diverses mides sense conèixer la distribució de la mida de partícules dels sòlids resultants. filtració secundària.
Un conjunt de vàlvules muntat a la part inferior de la pantalla permet que la producció continuï fins que s'extreu l'ESP. Impedeix que l'ESP es recuperi immediatament després d'haver pontat la pantalla. El conjunt de vàlvules i la pantalla de control de sorra d'entrada resultant protegeix els ESP, les bombes d'elevació de varetes i les terminacions d'elevació de gas dels sòlids durant la producció netejant el flux de fluids i proporciona una solució rendible per allargar la vida útil del dipòsit sense tenir una solució de vida útil diferent.
Disseny de protecció de bombes de primera generació. Es va desplegar un conjunt de protecció de bombes amb pantalles de llana d'acer inoxidable en un pou de drenatge per gravetat assistit per vapor a l'oest del Canadà per protegir l'ESP dels sòlids durant la producció. Les pantalles filtren els sòlids nocius del fluid de producció a mesura que entra a la cadena de producció. zona i el forat superior.
Amb el temps de producció, l'espai anular entre la pantalla i la carcassa tendeix a unir-se amb sorra, la qual cosa augmenta la resistència al flux. Finalment, l'anell es ponta completament, atura el flux i crea un diferencial de pressió entre el pou i la cadena de producció, tal com es mostra a la figura 3. En aquest punt, el fluid ja no pot fluir cap a l'ESP i s'ha d'estirar la cadena de finalització.Depenent d'una sèrie de variables relacionades amb la producció de sòlids, la durada necessària per aturar el flux a través del pont de sòlids a la pantalla pot ser inferior a la durada que permetria a l'ESP bombejar el temps mitjà de fluid carregat de sòlids entre fallades a terra, de manera que es va desenvolupar la segona generació de components.
El conjunt de protecció de la bomba de segona generació. La pantalla de control de sorra d'entrada PumpGuard* i el sistema de muntatge de vàlvules es troben suspesos per sota de la bomba REDA* de la figura 4, un exemple d'una finalització ESP no convencional. Una vegada que el pou està produint, la pantalla filtra els sòlids en producció, però començarà a unir-se lentament amb la sorra i crearà un diferencial de pressió. Aquest flux iguala el diferencial de pressió a través de la pantalla, afluixant l'adherència dels sacs de sorra a l'exterior de la pantalla. La sorra és lliure de sortir de l'anell, la qual cosa redueix la resistència al flux a través de la pantalla i permet reprendre el flux. A mesura que baixa la pressió diferencial, la vàlvula torna a la seva posició tancada i la vàlvula torna a la seva posició tancada. els estudis destacats en aquest article demostren que el sistema és capaç d'allargar significativament la vida útil de la bomba en comparació amb l'execució de la finalització del cribratge sol.
Per a la instal·lació recent, es va introduir una solució basada en costos per aïllar l'àrea entre la malla de filferro d'acer inoxidable i l'ESP. Un empacador de tasses orientat cap avall està muntat per sobre de la secció de la pantalla. Per sobre de l'empaquetador de tasses, perforacions addicionals del tub central proporcionen un camí de flux perquè el fluid produït migri des de l'interior de la pantalla fins a l'espai anular que hi ha sobre el empacador, on el fluid pot entrar a l'ESP a l'entrada.
El filtre de malla de filferro d'acer inoxidable escollit per a aquesta solució ofereix diversos avantatges respecte als tipus de malla 2D basats en buits. Els filtres 2D es basen principalment en partícules que abasten els buits del filtre o ranures per construir bosses de sorra i proporcionar control de sorra.
En canvi, el llit de malla gruixuda dels filtres de malla de filferro d'acer inoxidable proporciona una alta porositat (92%) i una gran àrea de flux obert (40%) per al fluid del pou produït. El filtre es construeix comprimint una malla de llana d'acer inoxidable i embolicant-la directament al voltant d'un tub central perforat, i després l'encapsula dins d'una coberta protectora perforada que es distribueix al centre del tub no soldat a l'extrem de cada tub. L'orientació ngular (que oscil·la entre 15 µm i 600 µm) permet que les fines inofensives flueixin al llarg d'un camí de flux 3D cap al tub central després que partícules més grans i nocives quedin atrapades dins de la malla. Les proves de retenció de sorra en mostres d'aquest tamís van demostrar que el filtre manté una alta permeabilitat perquè el fluid es genera a través del tamís. .Aquesta pantalla de llana d'acer inoxidable va ser desenvolupada per un important operador a la dècada de 1980 específicament per a la realització de pantalla autònoma en dipòsits estimulats per vapor i té un ampli historial d'instal·lacions reeixides.
El conjunt de la vàlvula consta d'una vàlvula carregada per molla que permet un flux unidireccional a la cadena de tubs des de l'àrea de producció. Mitjançant l'ajust de la precàrrega de la molla espiral abans de la instal·lació, la vàlvula es pot personalitzar per aconseguir la pressió de craqueig desitjada per a l'aplicació. Normalment, una vàlvula s'executa sota la malla de filferro d'acer inoxidable per proporcionar un camí de flux secundari entre els dipòsits i les sèries intermedies de la vàlvula ESPhe i l'acer inoxidable. vàlvula amb una pressió de trencament més baixa que la vàlvula més baixa.
Amb el pas del temps, les partícules de formació omplen l'àrea anular entre la superfície exterior de la pantalla de muntatge del protector de la bomba i la paret de la carcassa de producció. A mesura que la cavitat s'omple de sorra i les partícules es consoliden, la caiguda de pressió a través de la bossa de sorra augmenta. Quan aquesta caiguda de pressió arriba a un valor predeterminat, la vàlvula de cono s'obre i permet que el flux directe a través de l'entrada de la bomba. A causa del diferencial de pressió reduït, el flux es reprendrà a través de la pantalla i la vàlvula d'admissió es tancarà. Per tant, la bomba només pot veure el flux directament des de la vàlvula durant un curt període de temps. Això allarga la vida útil de la bomba, ja que la major part del flux és el fluid filtrat a través de la pantalla de sorra.
El sistema de protecció de la bomba es va operar amb empacadors en tres pous diferents a la conca de Delaware als Estats Units. L'objectiu principal és reduir el nombre d'enceses i parades ESP a causa de les sobrecàrregues relacionades amb la sorra i augmentar la disponibilitat de l'ESP per millorar la producció. El sistema de protecció de la bomba està suspès des de l'extrem inferior de la cadena ESP. El temps es va reduir en un 75% i la vida de la bomba va augmentar més d'un 22%.
Un pou. Es va instal·lar un sistema ESP en un nou pou de perforació i fracturació al comtat de Martin, Texas. La porció vertical del pou és d'aproximadament 9.000 peus i la part horitzontal s'estén fins a 12.000 peus, profunditat mesurada (MD). Per a les dues primeres finalitzacions, es va instal·lar un sistema separador de sorra de vòrtex de fons de forat amb sis connexions de revestiment amb la mateixa instal·lació completa del tipus ESP i una part integral consecutiva del mateix separador. es va observar el comportament dels paràmetres de funcionament de l'ESP (intensitat de corrent i vibració). L'anàlisi del desmuntatge de la unitat ESP estirada va revelar que el conjunt del separador de gasos vortex estava obstruït amb matèria estranya, que es va determinar que era sorra perquè no és magnètica i no reacciona químicament amb l'àcid.
A la tercera instal·lació de l'ESP, la malla de filferro d'acer inoxidable va substituir el separador de sorra com a mitjà de control de sorra ESP. Després d'instal·lar el nou sistema de protecció de la bomba, l'ESP va mostrar un comportament més estable, reduint el rang de fluctuacions del corrent del motor de ~ 19 A per a la instal·lació # 2 a ~ 6,3 A per a la instal·lació # 3. La vibració és més estable i la tendència es va reduir en un 75%. 0 psi de caiguda de pressió. Les parades per sobrecàrrega d'ESP es redueixen un 100% i l'ESP funciona amb poca vibració.
Pou B. En un pou prop d'Eunice, Nou Mèxic, un altre pou no convencional tenia instal·lat un ESP, però sense protecció de la bomba. Després de la caiguda inicial de l'arrencada, l'ESP va començar a mostrar un comportament erràtic. Les fluctuacions de corrent i pressió estan associades a pics de vibració. Després de mantenir aquestes condicions durant 137 dies, l'ESP va fallar i se'n va instal·lar un reemplaçament. amperatge ble i menys vibració. En el moment de la publicació, la segona tirada de l'ESP havia arribat a més de 300 dies de funcionament, una millora important respecte a la instal·lació anterior.
Pou C. La tercera instal·lació in situ del sistema va ser a Mentone, Texas, per una empresa especialitzada en petroli i gas que va experimentar interrupcions i fallades de l'ESP a causa de la producció de sorra i volia millorar el temps de funcionament de la bomba. Normalment, els operadors fan servir separadors de sorra amb revestiment a cada pou ESP. Després d'executar el nou sistema amb el protector de bomba, l'ESP té una vida operativa un 22% més llarga amb una caiguda de pressió més estable i un millor temps de funcionament relacionat amb l'ESP.
El nombre d'aturades relacionades amb la sorra i els sòlids durant l'operació va disminuir un 75%, de 8 esdeveniments de sobrecàrrega a la primera instal·lació a dos a la segona instal·lació, i el nombre de reinicis amb èxit després de l'aturada per sobrecàrrega va augmentar un 30%, de 8 a la primera instal·lació.A la instal·lació secundària es van realitzar un total de 12 esdeveniments, per un total de 8 esdeveniments, reduint l'estrès elèctric de l'equip i augmentant la vida operativa de l'ESP.
La figura 5 mostra l'augment sobtat de la signatura de pressió d'admissió (blau) quan la malla d'acer inoxidable està bloquejada i s'obre el conjunt de la vàlvula. Aquesta signatura de pressió pot millorar encara més l'eficiència de la producció predint fallades ESP relacionades amb la sorra, de manera que es poden planificar operacions de substitució amb equips de reparació.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device", SPE Paper 94673-MS, presentat a la SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasil, del 20 de juny al 23 de febrer de 2005. https://doi.2171.
Aquest article conté elements del document SPE 207926-MS, presentat a l'Exposició i Conferència Internacional del Petroli d'Abu Dhabi a Abu Dhabi, Emirats Àrabs Units, del 15 al 18 de novembre de 2021.
Tots els materials estan subjectes a les lleis de drets d'autor estrictament aplicades, si us plau llegiu els nostres Termes i condicions, Política de galetes i Política de privadesa abans d'utilitzar aquest lloc.