Mae cydrannau amddiffyn pympiau wedi'u profi i amddiffyn pympiau rhag tywod ac ymestyn oes weithredol ESPs mewn ffynhonnau anghonfensiynol. Mae'r ateb hwn yn rheoli ôl-lif tywod wedi'i dorri a solidau eraill a all achosi gorlwytho ac amser segur. Mae'r dechnoleg alluogi yn dileu'r problemau sy'n gysylltiedig ag ansicrwydd dosbarthiad maint gronynnau.
Wrth i fwy a mwy o ffynhonnau olew ddibynnu ar ESPs, mae ymestyn oes systemau pwmpio tanddwr trydanol (ESP) yn dod yn fwyfwy pwysig. Mae oes weithredu a pherfformiad pympiau codi artiffisial yn sensitif i solidau mewn hylifau a gynhyrchir. Gostyngodd oes weithredu a pherfformiad yr ESP yn sylweddol gyda'r cynnydd mewn gronynnau solet. Yn ogystal, mae solidau'n cynyddu'r amser segur ar gyfer ffynhonnau a'r amlder gwaith dros dro sydd ei angen i ddisodli'r ESP.
Mae gronynnau solid sy'n aml yn llifo trwy bympiau codi artiffisial yn cynnwys tywod ffurfio, proppants torri hydrolig, sment, a gronynnau metel wedi'u herydu neu eu cyrydu. Mae technolegau i lawr y twll sydd wedi'u cynllunio i wahanu solidau yn amrywio o seiclonau effeithlonrwydd isel i rwyll wifren dur di-staen 3D effeithlonrwydd uchel. Mae dad-dywodwyr troell i lawr y twll wedi cael eu defnyddio mewn ffynhonnau confensiynol ers degawdau, ac fe'u defnyddir yn bennaf i amddiffyn pympiau rhag gronynnau mawr yn ystod cynhyrchu. Fodd bynnag, mae ffynhonnau anghonfensiynol yn destun llif gwlithod ysbeidiol, sy'n arwain at dechnoleg gwahanu troell i lawr y twll bresennol yn gweithio'n ysbeidiol yn unig.
Cynigiwyd sawl amrywiad gwahanol o sgriniau rheoli tywod cyfun a dad-dywodwyr troell i lawr y twll i amddiffyn ESPs. Fodd bynnag, mae bylchau ym mherfformiad amddiffyn a chynhyrchu pob pwmp oherwydd yr ansicrwydd yn nosbarthiad maint a chyfaint y solidau a gynhyrchir gan bob ffynnon. Mae ansicrwydd yn cynyddu hyd cydrannau rheoli tywod, a thrwy hynny'n lleihau'r dyfnder y gellir gosod yr ESP, gan gyfyngu ar botensial dirywiad cronfa ddŵr yr ESP, ac effeithio'n negyddol ar economeg ffynhonnau. Mae dyfnderoedd gosod dyfnach yn cael eu ffafrio mewn ffynhonnau anghonfensiynol. Fodd bynnag, mae defnyddio dad-dywodwyr ac angorau mwd plwg gwrywaidd i atal cynulliadau rheoli tywod hir, anhyblyg mewn adrannau casin â difrifoldeb dogleg uchel yn cyfyngu ar welliannau MTBF ESP. Mae cyrydiad y tiwb mewnol yn agwedd arall ar y dyluniad hwn nad yw wedi'i werthuso'n ddigonol.
Cyflwynodd awduron papur yn 2005 ganlyniadau arbrofol gwahanydd tywod i lawr y twll yn seiliedig ar diwb seiclon (Ffigur 1), a oedd yn dibynnu ar weithred seiclon a disgyrchiant, i ddangos bod effeithlonrwydd gwahanu yn dibynnu ar gludedd olew, cyfradd llif, a maint gronynnau. Maent yn dangos bod effeithlonrwydd y gwahanydd yn dibynnu'n fawr ar gyflymder terfynol y gronynnau. Mae effeithlonrwydd gwahanu yn lleihau wrth i'r gyfradd llif leihau, maint gronynnau solet leihau, a gludedd olew gynyddu, Ffigur 2. Ar gyfer gwahanydd twll tiwb seiclon nodweddiadol, mae'r effeithlonrwydd gwahanu yn gostwng i ~10% wrth i faint y gronynnau ostwng i ~100 µm. Yn ogystal, wrth i'r gyfradd llif gynyddu, mae'r gwahanydd fortecs yn destun traul erydiad, sy'n effeithio ar oes defnydd cydrannau strwythurol.
Y dewis arall rhesymegol nesaf yw defnyddio sgrin rheoli tywod 2D gyda lled slot wedi'i ddiffinio. Mae maint a dosbarthiad gronynnau yn ystyriaethau pwysig wrth ddewis sgriniau i hidlo solidau mewn cynhyrchu ffynhonnau confensiynol neu anghonfensiynol, ond efallai na fyddant yn hysbys. Gall y solidau ddod o'r gronfa ddŵr, ond gallant amrywio o sodlau i sodlau; fel arall, efallai y bydd angen i'r sgrin hidlo tywod o dorri hydrolig. Ym mhob achos, gall cost casglu, dadansoddi a phrofi solidau fod yn afresymol.
Os nad yw'r sgrin tiwbiau 2D wedi'i ffurfweddu'n iawn, gall y canlyniadau beryglu economeg y ffynnon. Gall agoriadau sgrin tywod sy'n rhy fach arwain at blygio cynamserol, cau i lawr a'r angen am waith adfer. Os ydynt yn rhy fawr, maent yn caniatáu i solidau fynd i mewn i'r broses gynhyrchu yn rhydd, a all gyrydu pibellau olew, difrodi pympiau codi artiffisial, fflysio tagfeydd arwyneb a llenwi gwahanyddion arwyneb, gan olygu bod angen tywod-chwythu a gwaredu. Mae'r sefyllfa hon yn gofyn am ateb syml, cost-effeithiol a all ymestyn oes y pwmp a chwmpasu dosbarthiad eang o feintiau tywod.
I ddiwallu'r angen hwn, cynhaliwyd astudiaeth ar ddefnyddio cynulliadau falf ar y cyd â rhwyll wifren ddur di-staen, sy'n ansensitif i'r dosbarthiad solidau sy'n deillio o hynny. Mae astudiaethau wedi dangos y gall rhwyll wifren ddur di-staen gyda maint mandwll amrywiol a strwythur 3D reoli solidau o wahanol feintiau yn effeithiol heb wybod dosbarthiad maint gronynnau'r solidau sy'n deillio o hynny. Gall y rhwyll wifren ddur di-staen 3D reoli gronynnau tywod o bob maint yn effeithiol, heb yr angen am hidlo eilaidd ychwanegol.
Mae cynulliad falf wedi'i osod ar waelod y sgrin yn caniatáu i gynhyrchu barhau nes bod yr ESP yn cael ei dynnu allan. Mae'n atal ESP rhag cael ei adfer yn syth ar ôl i'r sgrin gael ei bontio. Mae'r sgrin rheoli tywod mewnfa a'r cynulliad falf sy'n deillio o hyn yn amddiffyn ESPs, pympiau codi gwialen, a chwblhadau codi nwy rhag solidau yn ystod cynhyrchu trwy lanhau llif hylif ac yn darparu ateb cost-effeithiol i ymestyn oes y Pwmp heb orfod teilwra nodweddion y gronfa ar gyfer gwahanol sefyllfaoedd.
Dyluniad amddiffyn pwmp cenhedlaeth gyntaf. Defnyddiwyd cynulliad amddiffyn pwmp gan ddefnyddio sgriniau gwlân dur di-staen mewn ffynnon draenio disgyrchiant â chymorth stêm yng Ngorllewin Canada i amddiffyn yr ESP rhag solidau yn ystod y cynhyrchiad. Mae sgriniau'n hidlo solidau niweidiol o'r hylif cynhyrchu wrth iddo fynd i mewn i'r llinyn cynhyrchu. O fewn y llinyn cynhyrchu, mae hylifau'n llifo i fewnfa'r ESP, lle cânt eu pwmpio i'r wyneb. Gellir rhedeg pacwyr rhwng y sgrin a'r ESP i ddarparu ynysu parth rhwng y parth cynhyrchu a'r twll ffynnon uchaf.
Dros amser cynhyrchu, mae'r gofod cylchol rhwng y sgrin a'r casin yn tueddu i bontio â thywod, sy'n cynyddu'r gwrthiant llif. Yn y pen draw, mae'r cylch yn pontio'n llwyr, yn atal y llif, ac yn creu gwahaniaeth pwysau rhwng y twll ffynnon a'r llinyn cynhyrchu, fel y dangosir yn Ffigur 3. Ar y pwynt hwn, ni all hylif lifo i'r ESP mwyach a rhaid tynnu'r llinyn cwblhau. Yn dibynnu ar nifer o newidynnau sy'n gysylltiedig â chynhyrchu solidau, gall yr amser sydd ei angen i atal y llif trwy'r bont solidau ar y sgrin fod yn llai na'r cyfnod a fyddai'n caniatáu i'r ESP bwmpio'r hylif sy'n llawn solidau - yr amser cymedrig rhwng methiannau - i'r ddaear, felly datblygwyd yr ail genhedlaeth o gydrannau.
Cynulliad amddiffyn pwmp yr ail genhedlaeth. Mae sgrin rheoli tywod mewnfa PumpGuard* a system cynulliad falf wedi'i hatal o dan y pwmp REDA* yn Ffigur 4, enghraifft o gwblhau ESP anghonfensiynol. Unwaith y bydd y ffynnon yn cynhyrchu, mae'r sgrin yn hidlo'r solidau mewn cynhyrchiad, ond bydd yn dechrau pontio'n araf â'r tywod a chreu gwahaniaeth pwysau. Pan fydd y gwahaniaeth pwysau hwn yn cyrraedd pwysau cracio gosodedig y falf, mae'r falf yn agor, gan ganiatáu i hylif lifo'n uniongyrchol i'r llinyn tiwbiau i'r ESP. Mae'r llif hwn yn cyfartalu'r gwahaniaeth pwysau ar draws y sgrin, gan lacio gafael y bagiau tywod ar du allan y sgrin. Mae tywod yn rhydd i dorri allan o'r annulus, sy'n lleihau ymwrthedd llif trwy'r sgrin ac yn caniatáu i'r llif ailddechrau. Wrth i'r gwahaniaeth pwysau ostwng, mae'r falf yn dychwelyd i'w safle caeedig ac mae amodau llif arferol yn ailddechrau. Ailadroddwch y cylch hwn nes ei bod yn angenrheidiol tynnu'r ESP allan o'r twll i'w wasanaethu. Mae'r astudiaethau achos a amlygwyd yn yr erthygl hon yn dangos bod y system yn gallu ymestyn oes y pwmp yn sylweddol o'i gymharu â rhedeg cwblhau sgrinio yn unig.
Ar gyfer y gosodiad diweddar, cyflwynwyd datrysiad cost-gyrredig ar gyfer ynysu ardal rhwng y rhwyll wifren ddur di-staen a'r ESP. Mae paciwr cwpan sy'n wynebu tuag i lawr wedi'i osod uwchben yr adran sgrin. Uwchben y paciwr cwpan, mae tyllu tiwb canol ychwanegol yn darparu llwybr llif i hylif a gynhyrchir fudo o du mewn y sgrin i'r gofod cylchol uwchben y paciwr, lle gall yr hylif fynd i mewn i fewnfa'r ESP.
Mae'r hidlydd rhwyll gwifren ddur di-staen a ddewiswyd ar gyfer yr ateb hwn yn cynnig sawl mantais dros fathau o rwyll 2D sy'n seiliedig ar fylchau. Mae hidlwyr 2D yn dibynnu'n bennaf ar ronynnau sy'n rhychwantu bylchau neu slotiau hidlo i adeiladu bagiau tywod a darparu rheolaeth tywod. Fodd bynnag, gan mai dim ond un gwerth bwlch y gellir ei ddewis ar gyfer y sgrin, mae'r sgrin yn dod yn sensitif iawn i ddosbarthiad maint gronynnau'r hylif a gynhyrchir.
Mewn cyferbyniad, mae gwely rhwyll trwchus hidlwyr rhwyll gwifren dur di-staen yn darparu mandylledd uchel (92%) ac arwynebedd llif agored mawr (40%) ar gyfer yr hylif twll ffynnon a gynhyrchir. Mae'r hidlydd wedi'i adeiladu trwy gywasgu rhwyll fflîs dur di-staen a'i lapio'n uniongyrchol o amgylch tiwb canol tyllog, yna ei amgáu o fewn gorchudd amddiffynnol tyllog sydd wedi'i weldio i'r tiwb canol ym mhob pen. Mae dosbarthiad y mandyllau yn y gwely rhwyll, y cyfeiriadedd onglog anghyffredin (yn amrywio o 15 µm i 600 µm) yn caniatáu i ronynnau mân diniwed lifo ar hyd llwybr llif 3D tuag at y tiwb canolog ar ôl i ronynnau mwy a niweidiol gael eu dal o fewn y rhwyll. Dangosodd profion cadw tywod ar sbesimenau o'r rhidyll hwn fod yr hidlydd yn cynnal athreiddedd uchel oherwydd bod hylif yn cael ei gynhyrchu trwy'r rhidyll. Yn effeithiol, gall yr hidlydd "maint" sengl hwn drin pob dosbarthiad maint gronynnau o hylifau a gynhyrchir a geir. Datblygwyd y sgrin wlân dur di-staen hon gan weithredwr mawr yn y 1980au yn benodol ar gyfer cwblhau sgriniau hunangynhwysol mewn cronfeydd dŵr wedi'u hysgogi gan stêm ac mae ganddi hanes helaeth o osodiadau llwyddiannus.
Mae'r cynulliad falf yn cynnwys falf â llwyth sbring sy'n caniatáu llif unffordd i'r llinyn tiwbiau o'r ardal gynhyrchu. Trwy addasu'r rhaglwyth sbring coil cyn ei osod, gellir addasu'r falf i gyflawni'r pwysau cracio a ddymunir ar gyfer y cymhwysiad. Yn nodweddiadol, mae falf yn cael ei rhedeg o dan y rhwyll wifren ddur di-staen i ddarparu llwybr llif eilaidd rhwng y gronfa ddŵr a'r ESP. Mewn rhai achosion, mae falfiau lluosog a rhwyllau dur di-staen yn gweithredu mewn cyfres, gyda'r falf ganol â phwysau cracio is na'r falf isaf.
Dros amser, mae gronynnau ffurfio yn llenwi'r ardal gylchog rhwng wyneb allanol sgrin cynulliad amddiffynnydd y pwmp a wal y casin cynhyrchu. Wrth i'r ceudod lenwi â thywod a'r gronynnau'n cydgrynhoi, mae'r gostyngiad pwysau ar draws y bag tywod yn cynyddu. Pan fydd y gostyngiad pwysau hwn yn cyrraedd gwerth rhagosodedig, mae'r falf côn yn agor ac yn caniatáu llif yn uniongyrchol trwy fewnfa'r pwmp. Ar y cam hwn, mae'r llif trwy'r bibell yn gallu chwalu'r tywod a gydgrynhowyd yn flaenorol ar hyd tu allan yr hidlydd sgrin. Oherwydd y gwahaniaeth pwysau is, bydd y llif yn ailddechrau trwy'r sgrin a bydd y falf cymeriant yn cau. Felly, dim ond am gyfnod byr y gall y pwmp weld y llif yn uniongyrchol o'r falf. Mae hyn yn ymestyn oes y pwmp, gan mai'r rhan fwyaf o'r llif yw'r hylif sy'n cael ei hidlo trwy'r sgrin dywod.
Gweithredwyd y system amddiffyn pwmp gyda phacwyr mewn tair ffynnon wahanol ym Masn Delaware yn yr Unol Daleithiau. Y prif nod yw lleihau nifer y cychwyniadau a'r stopiau ESP oherwydd gorlwytho sy'n gysylltiedig â thywod a chynyddu argaeledd ESP i wella cynhyrchiant. Mae'r system amddiffyn pwmp wedi'i hatal o ben isaf llinyn yr ESP. Mae canlyniadau'r ffynnon olew yn dangos perfformiad pwmp sefydlog, dirgryniad a dwyster cerrynt is, a thechnoleg amddiffyn pwmp. Ar ôl gosod y system newydd, gostyngwyd amser segur sy'n gysylltiedig â thywod a solidau 75% a chynyddodd oes y pwmp fwy na 22%.
Ffynnon. Gosodwyd system ESP mewn ffynnon drilio a thorri newydd yn Martin County, Texas. Mae rhan fertigol y ffynnon tua 9,000 troedfedd ac mae'r rhan lorweddol yn ymestyn i 12,000 troedfedd, dyfnder wedi'i fesur (MD). Ar gyfer y ddau gwblhau cyntaf, gosodwyd system gwahanu tywod troell i lawr y twll gyda chwe chysylltiad leinin fel rhan annatod o'r cwblhau ESP. Ar gyfer dau osodiad olynol gan ddefnyddio'r un math o wahanydd tywod, gwelwyd ymddygiad ansefydlog paramedrau gweithredu'r ESP (dwyster cerrynt a dirgryniad). Datgelodd dadansoddiad dadosod o'r uned ESP a dynnwyd fod cynulliad y gwahanydd nwy troell wedi'i glocsio â mater tramor, a benderfynwyd ei fod yn dywod oherwydd ei fod yn anfagnetig ac nad yw'n adweithio'n gemegol ag asid.
Yn y drydedd osodiad ESP, disodlwyd y gwahanydd tywod gan rwyll wifren ddur di-staen fel ffordd o reoli tywod ESP. Ar ôl gosod y system amddiffyn pwmp newydd, dangosodd yr ESP ymddygiad mwy sefydlog, gan leihau ystod amrywiadau cerrynt y modur o ~19 A ar gyfer gosodiad #2 i ~6.3 A ar gyfer gosodiad #3. Mae'r dirgryniad yn fwy sefydlog ac mae'r duedd wedi'i lleihau 75%. Roedd y gostyngiad pwysau hefyd yn sefydlog, gan amrywio ychydig iawn o'i gymharu â'r gosodiad blaenorol ac enillodd 100 psi ychwanegol o ostyngiad pwysau. Mae cau i lawr gorlwytho ESP wedi'u lleihau 100% ac mae ESP yn gweithredu gyda dirgryniad isel.
Ffynnon B. Mewn un ffynnon ger Eunice, New Mexico, roedd gan ffynnon anghonfensiynol arall system amddiffyn pwmp (ESP) wedi'i gosod ond dim amddiffyniad pwmp. Ar ôl y gostyngiad cychwyn cychwynnol, dechreuodd yr ESP arddangos ymddygiad anwadal. Mae amrywiadau mewn cerrynt a phwysau yn gysylltiedig â phigau dirgryniad. Ar ôl cynnal yr amodau hyn am 137 diwrnod, methodd yr ESP a gosodwyd un newydd. Mae'r ail osodiad yn cynnwys system amddiffyn pwmp newydd gyda'r un ffurfweddiad ESP. Ar ôl i'r ffynnon ailddechrau cynhyrchu, roedd yr ESP yn gweithredu'n normal, gydag amperage sefydlog a llai o ddirgryniad. Ar adeg cyhoeddi, roedd ail rediad yr ESP wedi cyrraedd dros 300 diwrnod o weithredu, gwelliant sylweddol dros y gosodiad blaenorol.
Ffynnon C. Gosodwyd y system ar y safle am y drydedd dro ym Mentone, Texas, gan gwmni arbenigol olew a nwy a brofodd doriadau a methiannau'r system gyflenwi pŵer diwifr (ESP) oherwydd cynhyrchu tywod ac a oedd am wella amser gweithredu'r pwmp. Fel arfer, mae gweithredwyr yn rhedeg gwahanyddion tywod i lawr y twll gyda leinin ym mhob ffynnon ESP. Fodd bynnag, unwaith y bydd y leinin yn llenwi â thywod, bydd y gwahanydd yn caniatáu i'r tywod lifo trwy'r adran pwmp, gan gyrydu cam y pwmp, y berynnau a'r siafft, gan arwain at golli codiad. Ar ôl rhedeg y system newydd gyda'r amddiffynnydd pwmp, mae gan yr ESP oes weithredu 22% yn hirach gyda gostyngiad pwysau mwy sefydlog ac amser gweithredu gwell sy'n gysylltiedig ag ESP.
Gostyngodd nifer y cau i lawr oherwydd tywod a solidau yn ystod y llawdriniaeth 75%, o 8 digwyddiad gorlwytho yn y gosodiad cyntaf i ddau yn yr ail osodiad, a chynyddodd nifer yr ailgychwyniadau llwyddiannus ar ôl cau i lawr oherwydd gorlwytho 30%, o 8 yn y gosodiad cyntaf. Perfformiwyd cyfanswm o 12 digwyddiad, am gyfanswm o 8 digwyddiad, yn y gosodiad eilaidd, gan leihau straen trydanol ar yr offer a chynyddu oes weithredol yr ESP.
Mae Ffigur 5 yn dangos y cynnydd sydyn yn y llofnod pwysau cymeriant (glas) pan fydd y rhwyll dur di-staen wedi'i blocio a'r cynulliad falf yn cael ei agor. Gall y llofnod pwysau hwn wella effeithlonrwydd cynhyrchu ymhellach trwy ragweld methiannau ESP sy'n gysylltiedig â thywod, felly gellir cynllunio gweithrediadau disodli gyda rigiau gwaith dros dro.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Experimental analysis of swirl tube as downhole desandr device,” Papur SPE 94673-MS, a gyflwynwyd yng Nghynhadledd Peirianneg Petrolewm America Ladin a'r Caribî SPE, Rio de Janeiro, Brasil, Mehefin 20 – Chwefror 23, 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Mae'r erthygl hon yn cynnwys elfennau o bapur SPE 207926-MS, a gyflwynwyd yn Arddangosfa a Chynhadledd Petrolewm Ryngwladol Abu Dhabi yn Abu Dhabi, Emiradau Arabaidd Unedig, 15-18 Tachwedd 2021.
Mae'r holl ddeunyddiau'n ddarostyngedig i gyfreithiau hawlfraint sy'n cael eu gorfodi'n llym, darllenwch ein Telerau ac Amodau, Polisi Cwcis a Pholisi Preifatrwydd cyn defnyddio'r wefan hon.