Pumpebeskyttelseskomponenter har vist sig at beskytte pumper mod sand og forlænge driftslevetiden for ESP'er i ukonventionelle brønde. Denne løsning kontrollerer tilbagestrømmen af ​​frac sand og andre faste stoffer, der kan forårsage overbelastninger og nedetid. Den muliggørende teknologi eliminerer problemerne forbundet med usikkerhed om partikelstørrelsesfordeling.
Efterhånden som flere og flere oliebrønde er afhængige af ESP'er, bliver det stadig vigtigere at forlænge levetiden af ​​elektriske nedsænkelige pumpesystemer (ESP). Driftstiden og ydeevnen af ​​kunstige løftepumper er følsomme over for faste stoffer i producerede væsker. Driftslevetiden og ydeevnen af ​​ESP faldt betydeligt med stigningen i faste partikler. Desuden øger faste stoffer den krævede brøndstilstandsfrekvens og udskiftning af ESP.
Faste partikler, der ofte strømmer gennem kunstige løftepumper, omfatter dannelsessand, hydrauliske brudpropper, cement og eroderede eller korroderede metalpartikler.Downhole-teknologier designet til at adskille faste stoffer spænder fra laveffektive cykloner til højeffektive 3D-trådnet af rustfrit stål.Downhole-hvirvel er blevet brugt i årtier, primært i årtier, og de er blevet brugt i primære årtier. s fra store partikler under produktionen. Ukonventionelle brønde er imidlertid udsat for intermitterende slug flow, hvilket resulterer i, at eksisterende hvirvelseparatorteknologi nede i hullet kun virker intermitterende.
Der er blevet foreslået flere forskellige varianter af kombinerede sandkontrolskærme og nede i hullets hvirvelafsandre for at beskytte ESP'er. Der er dog huller i beskyttelsen og produktionsydelsen af ​​alle pumper på grund af usikkerheden i størrelsesfordelingen og volumen af ​​faste stoffer produceret af hver brønd. Usikkerhed øger længden af ​​sandkontrolkomponenter og reducerer derved den begrænsning, som den potentielle påvirkning af ESP kan sættes ved, og ESP'en kan sættes ved. brøndøkonomi. Dybere indstillingsdybder foretrækkes i ukonventionelle brønde. Imidlertid er brugen af ​​afslibere og mudderankre med han-plug til at ophænge lange, stive sandkontrolenheder i foringsrørsektioner med høj dogleg-sværhedsgrad, begrænsede ESP MTBF-forbedringer. Korrosion af inderrøret, som ikke har været værdsat tilstrækkeligt af dette aspekt.
Forfatterne til et papir fra 2005 præsenterede eksperimentelle resultater af en sandseparator nede i borehullet baseret på et cyklonrør (figur 1), som var afhængig af cyklonvirkning og tyngdekraft, for at vise, at separationseffektiviteten afhænger af olieviskositet, strømningshastighed og partikelstørrelse. De viser, at effektiviteten af ​​separatoren i høj grad afhænger af den terminale strømningshastighed, der reducerer partikeleffektiviteten med mindre partikelstørrelse og mindre partikelstørrelse. og stigende olieviskositet, figur 2. For en typisk cyklonrørsseparator i borehullet falder separationseffektiviteten til ~10%, når partikelstørrelsen falder til ~100 µm.Når strømningshastigheden stiger, er hvirvelseparatoren desuden udsat for erosionsslid, hvilket påvirker brugen af ​​strukturelle komponenters levetid.
Det næste logiske alternativ er at bruge en 2D sandkontrolskærm med en defineret spaltebredde.Partikelstørrelse og fordeling er vigtige overvejelser, når man vælger skærme til at filtrere faste stoffer i konventionel eller ukonventionel brøndproduktion, men de kan være ukendte.De faste stoffer kan komme fra reservoiret, men de kan variere fra hæl til hæl;alternativt kan skærmen være nødt til at filtrere sand fra hydraulisk frakturering. I begge tilfælde kan omkostningerne til faststofindsamling, analyse og test være uoverkommelige.
Hvis 2D-rørskærmen ikke er korrekt konfigureret, kan resultaterne kompromittere brøndens økonomi. Sandskærmåbninger, der er for små, kan resultere i for tidlig tilstopning, nedlukninger og behov for afhjælpende reparationer. Hvis de er for store, tillader de faste stoffer frit at trænge ind i produktionsprocessen, hvilket kan korrodere olierør, beskadige udfyldning af kunstige overfladeseparatorer, og genudfylde overfladeseparatorer, og genudfylde overfladeudskillere. situationen kræver en enkel, omkostningseffektiv løsning, der kan forlænge pumpens levetid og dække en bred fordeling af sandstørrelser.
For at imødekomme dette behov blev der udført en undersøgelse af brugen af ​​ventilsamlinger i kombination med rustfrit ståltrådsnet, som er ufølsomt over for den resulterende faststoffordeling. Undersøgelser har vist, at rustfrit ståltrådsnet med variabel porestørrelse og 3D-struktur effektivt kan kontrollere faste stoffer af forskellige størrelser uden at kende partikelstørrelsesfordelingen af ​​de resulterende faste stoffer, kan 3D-tråden kontrollere den effektive trådstørrelse af alle faste stoffer. til ekstra sekundær filtrering.
En ventilsamling monteret på bunden af ​​skærmen gør det muligt at fortsætte produktionen, indtil ESP trækkes ud. Det forhindrer ESP i at blive hentet umiddelbart efter at skærmen er brokoblet. Den resulterende indløbssandkontrolskærm og ventilsamling beskytter ESP'er, stangløftepumper og gasløftekompletteringer fra faste stoffer under produktionen ved at rense væskeflowet og giver en omkostningseffektiv løsning til pumpehalebeholderen og forlænger reservoirets levetid.
Første generations pumpebeskyttelsesdesign. En pumpebeskyttelsesenhed, der bruger rustfrit ståluldsskærme, blev installeret i en dampassisteret gravitationsbrønd i det vestlige Canada for at beskytte ESP'en mod faste stoffer under produktionen.Skærmerne filtrerer skadelige faste stoffer fra produktionsvæsken, når den kommer ind i produktionsstrengen. Inden for produktionsstrengen strømmer væsker til ESP-indløbet, hvor de kan løbe mellem pumpens zone og isolationsskærmen. produktionszonen og den øvre brøndboring.
I løbet af produktionstiden har det ringformede mellemrum mellem skærmen og foringsrøret tendens til at bygge bro med sand, hvilket øger strømningsmodstanden. Til sidst brobygger ringrummet fuldstændigt, stopper flowet og skaber en trykforskel mellem brøndboringen og produktionsstrengen, som vist i figur 3. På dette tidspunkt kan væske ikke længere strømme til ESP, og færdiggørelsesstrengen skal trækkes.Afhængigt af en række variabler relateret til produktion af faste stoffer, kan den varighed, der kræves for at stoppe strømmen gennem faststofbroen på skærmen, være mindre end den varighed, der ville gøre det muligt for ESP at pumpe den faststoffyldte væske i middeltiden mellem fejl til jorden, så anden generation af komponenter blev udviklet.
Anden generation af pumpebeskyttelsesenhed. PumpGuard*-indløbssandkontrolskærmen og ventilsamlingssystemet er ophængt under REDA*-pumpen i figur 4, et eksempel på en ukonventionel ESP-komplettering. Når brønden producerer, filtrerer skærmen de faste stoffer i produktionen, men vil langsomt begynde at bygge bro med sandet og skabe en trykforskel, når ventilens trykforskel, når ventilens trykforskel. at strømme direkte ind i rørstrengen til ESP. Dette flow udligner trykforskellen hen over skærmen, hvilket løsner grebet af sandsækkene på ydersiden af ​​skærmen. Sand kan frit bryde ud af ringen, hvilket reducerer strømningsmodstanden gennem skærmen og tillader flowet at genoptage. Når differenstrykket falder, vender ventilen tilbage til sin lukkede position og normale strømningsforhold for at kunne trække ud igen, indtil det er nødvendigt for ESP at trække ud igen. . Casestudierne fremhævet i denne artikel viser, at systemet er i stand til at forlænge pumpens levetid betydeligt sammenlignet med at køre screening alene.
Til den nylige installation blev der introduceret en omkostningsdrevet løsning til områdeisolering mellem det rustfrie ståltrådsnet og ESP. En nedadvendt koppakker er monteret over skærmsektionen.Over koppakkeren giver yderligere centerrørperforeringer en strømningsvej for produceret væske til at migrere fra det indre af skærmen til det ringformede rum i væsken over pakkeren, hvor ESP kan komme ind i væsken.
Det rustfri ståltrådsfilter, der er valgt til denne løsning, giver flere fordele i forhold til spaltebaserede 2D-nettyper.2D-filtre er primært afhængige af partikler, der spænder over filterspalter eller spalter for at bygge sandsække og give sandkontrol. Men da der kun kan vælges en enkelt spalteværdi for skærmen, bliver skærmen meget følsom over for partikelstørrelsesfordelingen af ​​den producerede væske.
I modsætning hertil giver den tykke mesh-leje af rustfrit ståltrådsfiltre høj porøsitet (92 %) og stort åbent flowareal (40 %) for den producerede brøndboringsvæske. Filteret er konstrueret ved at komprimere et rustfrit stål-fleece-net og vikle det direkte rundt om et perforeret midterrør, hvorefter det indkapsler det i en perforeret, beskyttende ende i hver ende af mesh-fordelingen. den uensartede vinkelorientering (spænder fra 15 µm til 600 µm) tillader harmløse fine partikler at strømme langs en 3D-strømningsvej mod det centrale rør, efter at større og skadelige partikler er fanget i nettet. Sandtilbageholdelsestestning på prøver af denne sigte har vist, at filteret bevarer en høj permeabilitet gennem dette enkelt filter, fordi filteret bevarer en høj permeabilitet gennem dette enkelt filter. partikelstørrelsesfordelinger af producerede væsker stødt på. Denne uldskærm i rustfrit stål blev udviklet af en stor operatør i 1980'erne specifikt til selvstændig skærmkomplettering i dampstimulerede reservoirer og har en omfattende track record med succesfulde installationer.
Ventilsamlingen består af en fjederbelastet ventil, der tillader envejsstrømning ind i rørstrengen fra produktionsområdet.Ved at justere spiralfjederforspændingen før installation, kan ventilen tilpasses til at opnå det ønskede revnetryk til applikationen. Typisk køres en ventil under det rustfrie ståltrådsnet for at give en sekundær strømningsvej mellem ventiler, ESP-serier, i nogle tilfælde af mesh, i stål- og stålbeholderen. den midterste ventil har et lavere revnetryk end den laveste ventil.
Over tid fylder formationspartikler det ringformede område mellem den ydre overflade af pumpebeskytterens samlingsskærm og væggen af ​​produktionshuset. Efterhånden som hulrummet fyldes med sand, og partiklerne konsolideres, øges trykfaldet over sandsækken. Når dette trykfald når en forudindstillet værdi, åbner kegleventilen sig og tillader strømning direkte gennem dette trins indløbssand, der kan bryde op gennem det tidligere udsugede pumpesand, der kan bryde op gennem det tidligere pumpesand. sigtefilteret.På grund af den reducerede trykforskel vil flowet genoptages gennem skærmen, og indsugningsventilen lukker. Derfor kan pumpen kun se flowet direkte fra ventilen i en kort periode. Dette forlænger pumpens levetid, da det meste af flowet er den væske, der filtreres gennem sandsigten.
Pumpebeskyttelsessystemet blev drevet med pakkere i tre forskellige brønde i Delaware-bassinet i USA. Hovedmålet er at reducere antallet af ESP-starter og -stop på grund af sand-relaterede overbelastninger og at øge ESP-tilgængeligheden for at forbedre produktionen. Pumpebeskyttelsessystemet er suspenderet fra den nederste ende af ESP-strengen. Resultaterne af oliebrønden viser stabil pumpestyrke, intensitet og nedadgående pumpe-teknologi, reduceret, pumpe- og nedsænkningstid. blev reduceret med 75 % og pumpens levetid øget med mere end 22 %.
En brønd. Et ESP-system blev installeret i en ny bore- og fraktureringsbrønd i Martin County, Texas. Den lodrette del af brønden er ca. 9.000 fod, og den vandrette del strækker sig til 12.000 fod, målt dybde (MD). For de første to færdiggørelser blev der installeret et hvirvelsandseparatorsystem nede i borehullet med seks linerforbindelser, der brugte den samme ESP-tilslutning, som brugte den samme ESP-type. af sandudskiller, blev der observeret ustabil opførsel af ESP-driftsparametrene (strømintensitet og vibration). Demonteringsanalyse af den trukket ESP-enhed afslørede, at vortexgasseparatorsamlingen var tilstoppet med fremmedlegemer, som blev bestemt til at være sand, fordi det er ikke-magnetisk og ikke reagerer kemisk med syre.
I den tredje ESP-installation erstattede rustfrit ståltrådsnet sandudskilleren som et middel til ESP-sandstyring. Efter installationen af ​​det nye pumpebeskyttelsessystem udviste ESP en mere stabil adfærd, hvilket reducerede rækkevidden af ​​motorstrømsudsving fra ~19 A for installation #2 til ~6,3 A for installation #3. Vibrationen er mere stabil, og tendensen er også faldet med 75%, og den tidligere faldende st. yderligere 100 psi trykfald. ESP-overbelastningsafbrydelser reduceres med 100 %, og ESP arbejder med lav vibration.
Brønd B. I en brønd nær Eunice, New Mexico, havde en anden ukonventionel brønd en ESP installeret, men ingen pumpebeskyttelse. Efter det første startfald begyndte ESP'en at udvise uregelmæssig adfærd. Udsving i strøm og tryk er forbundet med vibrationsspidser. Efter at have opretholdt disse forhold i 137 dage, fejlede ESP'en, og en udskiftning blev installeret med den samme nye brønd-produktionsinstallation. ESP fungerede normalt med stabil strømstyrke og færre vibrationer. På udgivelsestidspunktet havde den anden serie af ESP nået over 300 dages drift, en væsentlig forbedring i forhold til den tidligere installation.
Brønd C. Systemets tredje installation på stedet var i Mentone, Texas, af et olie- og gasspecialfirma, der oplevede udfald og ESP-fejl på grund af sandproduktion og ønskede at forbedre pumpens oppetid. Operatører kører typisk sandseparatorer nede i borehullet med foring i hver ESP-brønd. Men når foringen fyldes med sand, vil separatoren tillade, at sandet strømmer gennem pumpesektionen, og resulterer i pumpesektionen og løftningen. Når det nye system kører med pumpebeskytteren, har ESP en 22 % længere levetid med et mere stabilt trykfald og bedre ESP-relateret oppetid.
Antallet af sand- og faststofrelaterede nedlukninger under drift faldt med 75 % fra 8 overbelastningshændelser i den første installation til to i den anden installation, og antallet af vellykkede genstarter efter overbelastningsstop steg med 30 % fra 8 i den første installation.I alt 12 hændelser, for i alt 8 hændelser, blev udført i den sekundære installation, hvilket reducerede elektrisk belastning på udstyret og øgede ESP'ens driftslevetid.
Figur 5 viser den pludselige stigning i indsugningstryksignaturen (blå), når det rustfri stålnet er blokeret, og ventilsamlingen åbnes. Denne tryksignatur kan yderligere forbedre produktionseffektiviteten ved at forudsige sandrelaterede ESP-fejl, så udskiftningsoperationer med workover-rigge kan planlægges.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Eksperimentel analyse af hvirvelrør som desanderanordning i borehullet," SPE Paper 94673-MS, præsenteret på SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasilien, 20. juni – 23. februar, 2005.https://304.6i.
Denne artikel indeholder elementer fra SPE-papir 207926-MS, præsenteret på Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference i Abu Dhabi, UAE, 15.-18. november 2021.
Alt materiale er underlagt strengt håndhævet love om ophavsret, læs venligst vores vilkår og betingelser, cookiepolitik og privatlivspolitik, før du bruger dette websted.