Bylo prokázáno, že komponenty ochrany čerpadel chrání čerpadla před pískem a prodlužují provozní životnost ESP v nekonvenčních vrtech. Toto řešení řídí zpětný tok frakturního písku a jiných pevných látek, které mohou způsobit přetížení a prostoje. Tato technologie eliminuje problémy spojené s nejistotou distribuce velikosti částic.
Vzhledem k tomu, že stále více ropných vrtů spoléhá na ESP, prodlužování životnosti elektrických ponorných čerpacích systémů (ESP) je stále důležitější. Provozní životnost a výkon čerpadel s umělým zdvihem jsou citlivé na pevné částice ve vyráběných kapalinách. Provozní životnost a výkon ESP se výrazně snížily s nárůstem pevných částic. Navíc pevné látky prodlužují prostoje vrtu a četnost pracovních prací, které jsou nutné k výměně ESP.
Pevné částice, které často protékají umělými čerpadly, zahrnují formovací písek, hydraulické štěpící propanty, cement a erodované nebo zkorodované kovové částice. Technologie pro oddělování pevných látek od nízkoúčinných cyklónů po vysoce účinné 3D drátěné pletivo z nerezové oceli. tent slim flow flow, což má za následek, že stávající technologie vírového separátoru v hloubce funguje pouze přerušovaně.
Pro ochranu ESP bylo navrženo několik různých variant kombinovaných sít pro regulaci písku a hlubinných vírových desanderů. Existují však mezery v ochraně a produkčním výkonu všech čerpadel v důsledku nejistoty v distribuci velikosti a objemu pevných látek produkovaných každým vrtem. Nejistota zvyšuje délku komponent pro regulaci písku, čímž se snižuje hloubka, na kterou lze nastavit ESP, upřednostňují se zásobníky ESP a omezují se upřednostňované hloubkové nastavení ESP. konvenční studny.Nicméně použití brusek a bahnitých kotev se zástrčkou k zavěšení dlouhých, tuhých pískových kontrolních sestav v sekcích pláště s vysokou tvrdostí omezenou ESP MTBF vylepšeními.Koroze vnitřní trubky je dalším aspektem tohoto návrhu, který nebyl adekvátně hodnocen.
Autoři článku z roku 2005 prezentovali experimentální výsledky hlubinného odlučovače písku založeného na cyklónové trubici (obrázek 1), které závisely na působení cyklónu a gravitaci, aby ukázali, že účinnost separace závisí na viskozitě oleje, průtoku a velikosti částic. Ukazují, že účinnost separátoru je do značné míry závislá na konečné rychlosti odlučování pevných částic se zvyšující se účinnost odlučování a snižování velikosti částic. , Obrázek 2. U typického cyklónového trubkového odlučovače klesá účinnost separace na ~10%, když velikost částic klesá na ~100 µm.Navíc, jak se zvyšuje průtok, vírový separátor podléhá opotřebení erozí, což ovlivňuje životnost konstrukčních součástí.
Další logickou alternativou je použití 2D síta pro kontrolu písku s definovanou šířkou štěrbiny. Velikost a distribuce částic jsou důležitými hledisky při výběru sít pro filtrování pevných látek v konvenční nebo nekonvenční výrobě vrtů, ale mohou být neznámé. Pevné látky mohou pocházet ze zásobníku, ale mohou se lišit patu od paty;alternativně může síto vyžadovat filtraci písku z hydraulického štěpení. V obou případech mohou být náklady na sběr pevných látek, analýzu a testování příliš vysoké.
Pokud není 2D hadicové síto správně nakonfigurováno, mohou výsledky ohrozit ekonomiku vrtu. Příliš malé otvory pískového síta mohou vést k předčasnému ucpání, odstávkám a potřebě nápravných prací. Pokud jsou příliš velké, umožňují pevným látkám volně vstupovat do výrobního procesu, což může korodovat olejové potrubí, poškodit umělá čerpadla na zvedání písku, vyplachování, které vyžaduje povrchové odlučovače a efektivní odstraňování povrchů, vyžaduje jednoduché tlumení a náklady na likvidaci. životnost čerpadla a pokrývají širokou distribuci velikostí písku.
Pro splnění této potřeby byla provedena studie o použití ventilových sestav v kombinaci s drátěným pletivem z nerezové oceli, které je necitlivé na výslednou distribuci pevných látek. Studie prokázaly, že drátěné pletivo z nerezové oceli s proměnlivou velikostí pórů a 3D strukturou může účinně kontrolovat pevné částice různých velikostí bez znalosti distribuce velikosti částic výsledných pevných látek.
Sestava ventilů namontovaná na spodní straně síta umožňuje pokračovat ve výrobě, dokud není ESP vytaženo. Zabraňuje tomu, aby bylo ESP načteno ihned po přemostění síta. Výsledná sestava vstupního písku a ventilu chrání ESP, čerpadla zdvihu tyče a kompletace plynového zdvihu před pevnými částicemi během výroby čištěním průtoku kapaliny a poskytuje nákladově efektivní řešení pro prodloužení životnosti čerpadla, aniž byste museli přizpůsobovat charakteristiky nádrže pro různé situace.
Konstrukce ochrany čerpadel první generace. Ochranná sestava čerpadla využívající síta z nerezové oceli byla nasazena v parním gravitačním odvodňovacím vrtu v Západní Kanadě, aby chránila ESP před pevnými částicemi během výroby. Síta filtrují škodlivé pevné látky z výrobní kapaliny, když vstoupí do výrobního řetězce. V rámci výrobního řetězce proudí kapaliny do vstupu ESP, kde jsou čerpány na povrch. Mezi horním sítem a zónou mohou být vedeny baličky a zónová zóna.
V průběhu výrobní doby má prstencový prostor mezi sítem a pláštěm tendenci se přemosťovat pískem, což zvyšuje odpor proudění. Nakonec se prstenec úplně přemostí, zastaví průtok a vytvoří tlakový rozdíl mezi vrtem a produkční kolonou, jak je znázorněno na obrázku 3. V tomto okamžiku již nemůže tekutina proudit do ESP a musí být vytažena dokončovací kolona.V závislosti na řadě proměnných souvisejících s produkcí pevných látek může být doba potřebná k zastavení toku přes můstek pevných látek na sítu kratší než doba, která by umožnila ESP pumpovat kapalinu s obsahem pevných látek střední dobu mezi poruchami na zem, proto byla vyvinuta druhá generace komponent.
Sestava ochrany čerpadla druhé generace. Síto řídicího síta písku a ventilového systému PumpGuard* je zavěšeno pod čerpadlem REDA* na obrázku 4, příklad nekonvenčního dokončení ESP. Jakmile se vrt vyrobí, síto filtruje pevné částice ve výrobě, ale začne se pomalu přemosťovat s pískem a vytváří tlakový rozdíl. Když tento tlakový rozdíl dosáhne nastaveného rozdílu ventilu, což umožní rovnoměrný průtok kapaliny ve vaně, čímž dojde k přímému otevření průtoku ESP, ventil se otevře. přes síto, uvolnění sevření pytlů s pískem na vnější straně síta. Písek se může volně vylamovat z mezikruží, což snižuje odpor proudění sítem a umožňuje obnovení proudění. Jakmile se tlakový rozdíl sníží, ventil se vrátí do své uzavřené polohy a obnoví se normální podmínky proudění. Tento cyklus opakujte, dokud nebude nutné vytáhnout ESP z otvoru pro servis. Tento článek pouze prodloužil životnost případových studií, které lze srovnávat se samotným spuštěním čerpadla.
Pro nedávnou instalaci bylo zavedeno cenově výhodné řešení pro plošnou izolaci mezi drátěným pletivem z nerezové oceli a ESP. Nad sítovou sekcí je namontován dolů směřující hrncový pakr. Nad hrncovým pěchem další perforace středové trubky poskytují průtokovou cestu pro produkovanou tekutinu, která migruje z vnitřku síta do prstencového prostoru nad pakrem, kde může tekutina vstupovat do vstupu ESP.
Filtr z drátěného pletiva z nerezové oceli vybraný pro toto řešení nabízí několik výhod oproti 2D typům sít na bázi mezery. 2D filtry se spoléhají především na částice, které překlenují mezery filtru nebo štěrbiny, aby vytvořily pytle s pískem a zajistily kontrolu písku. Protože však pro síto lze vybrat pouze jednu hodnotu mezery, síto se stává vysoce citlivým na distribuci velikosti částic produkované tekutiny.
Naproti tomu tlusté lože drátěných filtrů z nerezové oceli poskytuje vysokou pórovitost (92 %) a velkou otevřenou průtokovou plochu (40 %) pro produkovanou vrtnou kapalinu. Filtr je konstruován tak, že stlačí síťovinu z nerezového rouna a omotá ji přímo kolem perforované středové trubky, poté ji zapouzdří do perforovaného ochranného krytu, který je přivařen ke středové trubce rozdělovače na obou koncích bez porézního tvaru. µm až 600 µm) umožňuje neškodným jemným částicím proudit podél 3D průtokové cesty směrem k centrální trubce poté, co jsou větší a škodlivé částice zachyceny v sítu. Testování zadržování písku na vzorcích tohoto síta prokázalo, že filtr si zachovává vysokou propustnost, protože tekutina je generována přes síto. Účinně tento filtr jedné velikosti „velikost“ zvládne všechny typy sít z nerezové oceli, s nimiž se setká 18 8 velkých síto vyrobených operátorů. samostatná sítová kompletace v parou stimulovaných nádržích a má rozsáhlé záznamy o úspěšných instalacích.
Sestava ventilu se skládá z pružinového ventilu, který umožňuje jednosměrné proudění do potrubí z výrobní oblasti. Nastavením předpětí vinuté pružiny před instalací lze ventil upravit tak, aby bylo dosaženo požadovaného praskacího tlaku pro danou aplikaci. Ventil je obvykle veden pod drátěným pletivem z nerezové oceli, aby byla zajištěna dráha sekundárního tlaku mezi nádrží a ESP. V některých případech mají ventily s nižším tlakem a ventily s nejnižšími trhlinami v sérii než z nerezové oceli.
Časem formované částice vyplňují prstencovou oblast mezi vnějším povrchem ochranného krytu čerpadla a stěnou výrobního pouzdra. Jak se dutina plní pískem a částice se konsolidují, tlaková ztráta na pytli s pískem se zvyšuje. Když tento pokles tlaku dosáhne přednastavené hodnoty, otevře se kuželový ventil a umožní průtok přímo přes vstup čerpadla. V této fázi je proudění přes vnější sítko filtru schopné rozbít dříve zpevněný tlakový rozdíl. Pokračujte přes síto a sací ventil se uzavře. Čerpadlo proto vidí průtok přímo z ventilu pouze na krátkou dobu. To prodlužuje životnost čerpadla, protože většinu průtoku tvoří kapalina filtrovaná přes pískové síto.
Systém ochrany čerpadla byl provozován s pakry ve třech různých vrtech v Delaware Basin ve Spojených státech. Hlavním cílem je snížit počet startů a zastavení ESP kvůli přetížení souvisejícím s pískem a zvýšit dostupnost ESP pro zlepšení výroby. Systém ochrany čerpadla je zavěšen na spodním konci řetězce ESP. Výsledky ropného vrtu ukazují stabilní výkon čerpadla, snížené vibrace a intenzitu proudu a díky nové technologii ochrany proti písku se snížila životnost čerpadla o 5 % a životnost čerpadla se zvýšila o 7 %. o více než 22 %.
Studna. Systém ESP byl instalován v novém vrtném a štěpném vrtu v Martin County, Texas. Vertikální část vrtu je přibližně 9 000 stop a horizontální část sahá do 12 000 stop, měřená hloubka (MD). U prvních dvou dokončení byl instalován vírový odlučovač písku se šesti připojeními vložek jako nedílná součást instalace ESP stejného typu se stejným typem instalace ESP. Parametry (intenzita proudu a vibrace) byly pozorovány. Rozborem vytažené jednotky ESP bylo zjištěno, že sestava vírového separátoru plynu byla zanesena cizí látkou, která byla určena jako písek, protože je nemagnetická a chemicky nereaguje s kyselinou.
Ve třetí instalaci ESP drátěné pletivo z nerezové oceli nahradilo separátor písku jako prostředek kontroly písku ESP. Po instalaci nového ochranného systému čerpadla ESP vykazoval stabilnější chování, čímž se snížil rozsah kolísání proudu motoru z ~19 A pro instalaci #2 na ~6,3 A pro instalaci #3. Vibrace jsou stabilnější a trend je snížen o 75 %. V porovnání s předchozí instalací byl velmi malý kolísavý pokles tlaku a pokles tlaku 0 psi byl také stabilní. .Vypínání ESP při přetížení je sníženo o 100 % a ESP pracuje s nízkými vibracemi.
Studna B. V jednom vrtu poblíž Eunice v Novém Mexiku měl další nekonvenční vrt nainstalovaný ESP, ale žádnou ochranu čerpadla. Po počátečním poklesu bootování se ESP začalo chovat nevyzpytatelně. Kolísání proudu a tlaku je spojeno s vibračními špičkami. Po udržování těchto podmínek po dobu 137 dní ESP selhalo a byla nainstalována výměna. se stabilním proudem a menšími vibracemi. V době publikace dosáhl druhý běh ESP více než 300 dnů provozu, což je výrazné zlepšení oproti předchozí instalaci.
Studna C. Třetí instalace systému na místě byla v Mentone, Texas, společností specializující se na těžbu ropy a zemního plynu, která zaznamenala výpadky a selhání ESP kvůli výrobě písku a chtěla zlepšit dobu provozu čerpadla. Provozovatelé obvykle provozují hlubinné odlučovače písku s vložkou v každé studni ESP. Jakmile se vložka naplní pískem, separátor umožní písku protékat čerpacím systémem a čerpadlem s korodováním. jako ochrana čerpadla má ESP o 22 % delší provozní životnost se stabilnějším poklesem tlaku a lepší dobou provozuschopnosti související s ESP.
Počet odstávek souvisejících s pískem a pevnými látkami během provozu se snížil o 75 %, z 8 událostí přetížení v první instalaci na dvě ve druhé instalaci, a počet úspěšných restartů po odstavení z přetížení se zvýšil o 30 %, z 8 v první instalaci.V sekundární instalaci bylo provedeno celkem 12 událostí, z celkového počtu 8 událostí, čímž se snížilo elektrické namáhání zařízení a zvýšila se životnost ESP.
Obrázek 5 ukazuje náhlý nárůst signatury sacího tlaku (modrá), když je síťka z nerezové oceli zablokována a sestava ventilu je otevřena. Tato signatura tlaku může dále zlepšit efektivitu výroby předpovídáním poruch ESP souvisejících s pískem, takže lze naplánovat operace výměny pracovních souprav.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Experimentální analýza vířivé trubice jako zařízení pro desander downhole“, SPE Paper 94673-MS, prezentovaná na SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazílie, 20. června – 23. února 2005. https://130MS/doi.46/
Tento článek obsahuje prvky z dokumentu SPE 207926-MS, který byl představen na mezinárodní výstavě a konferenci ropy v Abu Dhabi v Abu Dhabi, Spojené arabské emiráty, 15.–18. listopadu 2021.
Všechny materiály podléhají přísně vynucovaným zákonům o autorských právech, před použitím této stránky si prosím přečtěte naše Podmínky, Zásady používání souborů cookie a Zásady ochrany osobních údajů.