Τα εξαρτήματα προστασίας της αντλίας έχουν αποδειχθεί ότι προστατεύουν τις αντλίες από την άμμο και επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής των ESP σε μη συμβατικά φρεάτια. Αυτή η λύση ελέγχει την αντίστροφη ροή της κλασματικής άμμου και άλλων στερεών που μπορεί να προκαλέσουν υπερφόρτωση και διακοπές λειτουργίας. Η τεχνολογία ενεργοποίησης εξαλείφει τα προβλήματα που σχετίζονται με την αβεβαιότητα κατανομής μεγέθους σωματιδίων.
Καθώς όλο και περισσότερες γεωτρήσεις πετρελαίου βασίζονται σε ESP, η παράταση της ζωής των συστημάτων ηλεκτρικής υποβρύχιας άντλησης (ESP) γίνεται όλο και πιο σημαντική. Η διάρκεια ζωής και η απόδοση των αντλιών τεχνητής ανύψωσης είναι ευαίσθητα στα στερεά στα παραγόμενα υγρά. Η διάρκεια ζωής και η απόδοση του ESP μειώθηκαν σημαντικά με την αύξηση των στερεών σωματιδίων.
Τα στερεά σωματίδια που ρέουν συχνά μέσω τεχνητών αντλιών ανύψωσης περιλαμβάνουν άμμο σχηματισμού, υδραυλικά υποστηρικτικά σπασίματος, τσιμέντο και διαβρωμένα ή διαβρωμένα μεταλλικά σωματίδια. Οι τεχνολογίες Downhole που έχουν σχεδιαστεί για να διαχωρίζουν τα στερεά κυμαίνονται από κυκλώνες χαμηλής απόδοσης έως υψηλής απόδοσης συρμάτινα πλέγματα από ανοξείδωτο χάλυβα 3D. για την προστασία των αντλιών από μεγάλα σωματίδια κατά τη διάρκεια της παραγωγής. Ωστόσο, τα μη συμβατικά φρεάτια υπόκεινται σε διακοπτόμενη ροή γυμνοσάλιαγκας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την υπάρχουσα τεχνολογία διαχωριστή στροβιλισμού κάτω οπής να λειτουργεί μόνο κατά διαστήματα.
Έχουν προταθεί πολλές διαφορετικές παραλλαγές συνδυασμένων οθονών ελέγχου άμμου και αποτριβωτών στροβιλισμού κάτω οπών για την προστασία των ESP. Ωστόσο, υπάρχουν κενά στην προστασία και την απόδοση παραγωγής όλων των αντλιών λόγω της αβεβαιότητας στην κατανομή μεγέθους και τον όγκο των στερεών που παράγονται από κάθε φρεάτιο. επηρεάζουν αρνητικά τα οικονομικά φρέατα. Σε μη συμβατικά φρεάτια προτιμώνται βαθύτερα βάθη πήξης. Ωστόσο, η χρήση αποτριβωτικών και αγκυρώσεων λάσπης με αρσενικό βύσμα για την ανάρτηση μακριών, άκαμπτων συγκροτημάτων ελέγχου άμμου σε τμήματα περιβλήματος με περιορισμένες βελτιώσεις ESP MTBF υψηλής βαρύτητας σκύλου. Η διάβρωση του εσωτερικού σωλήνα δεν έχει αξιολογηθεί πολύ.
Οι συγγραφείς μιας εργασίας του 2005 παρουσίασαν πειραματικά αποτελέσματα ενός διαχωριστή άμμου κάτω από τρύπα με βάση έναν σωλήνα κυκλώνα (Εικόνα 1), που εξαρτιόταν από τη δράση και τη βαρύτητα του κυκλώνα, για να δείξουν ότι η απόδοση διαχωρισμού εξαρτάται από το ιξώδες του λαδιού, την ταχύτητα ροής και το μέγεθος σωματιδίων. με τη μείωση του ρυθμού ροής, τη μείωση του μεγέθους των στερεών σωματιδίων και την αύξηση του ιξώδους του λαδιού, Σχήμα 2. Για έναν τυπικό διαχωριστή οπών σωλήνα κυκλώνα, η απόδοση διαχωρισμού πέφτει στο ~10% καθώς το μέγεθος σωματιδίων πέφτει στα ~100 μm.Επιπλέον, καθώς αυξάνεται ο ρυθμός ροής, ο διαχωριστής δίνης υπόκειται σε φθορά λόγω διάβρωσης, η οποία επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των δομικών στοιχείων.
Η επόμενη λογική εναλλακτική είναι να χρησιμοποιήσετε μια οθόνη ελέγχου άμμου 2D με καθορισμένο πλάτος σχισμής. Το μέγεθος και η κατανομή των σωματιδίων είναι σημαντικά ζητήματα κατά την επιλογή των οθονών για φιλτράρισμα στερεών σε συμβατική ή μη συμβατική παραγωγή φρεατίων, αλλά μπορεί να είναι άγνωστα. Τα στερεά μπορεί να προέρχονται από τη δεξαμενή, αλλά μπορεί να διαφέρουν από φτέρνα σε φτέρνα.Εναλλακτικά, η οθόνη μπορεί να χρειαστεί να φιλτράρει την άμμο από υδραυλική θραύση. Σε κάθε περίπτωση, το κόστος συλλογής, ανάλυσης και δοκιμής στερεών μπορεί να είναι απαγορευτικό.
Εάν η οθόνη σωληνώσεων 2D δεν έχει ρυθμιστεί σωστά, τα αποτελέσματα μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο την οικονομία του φρεατίου. Τα πολύ μικρά ανοίγματα της οθόνης άμμου μπορεί να οδηγήσουν σε πρόωρη απόφραξη, διακοπή λειτουργίας και την ανάγκη για επανορθωτικές εργασίες. απόρριψη. Αυτή η κατάσταση απαιτεί μια απλή, οικονομικά αποδοτική λύση που μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της αντλίας και να καλύψει μια ευρεία κατανομή μεγεθών άμμου.
Για να καλυφθεί αυτή η ανάγκη, διεξήχθη μια μελέτη σχετικά με τη χρήση συγκροτημάτων βαλβίδων σε συνδυασμό με συρμάτινο πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα, το οποίο δεν είναι ευαίσθητο στην προκύπτουσα κατανομή στερεών. Μελέτες έχουν δείξει ότι το συρμάτινο πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα με μεταβλητό μέγεθος πόρων και τρισδιάστατη δομή μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά στερεά διαφόρων μεγεθών χωρίς να γνωρίζει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων του προκύπτοντος σύρματος. χωρίς να απαιτείται επιπλέον δευτερεύον φιλτράρισμα.
Ένα συγκρότημα βαλβίδας τοποθετημένο στο κάτω μέρος της οθόνης επιτρέπει τη συνέχιση της παραγωγής έως ότου αποσυρθεί το ESP. Αποτρέπει την ανάκτηση του ESP αμέσως μετά τη γεφύρωση της οθόνης. Η προκύπτουσα οθόνη ελέγχου άμμου εισόδου και το συγκρότημα βαλβίδας προστατεύει τα ESP, τις αντλίες ανύψωσης ράβδου και τις ολοκληρώσεις ανύψωσης αερίου από στερεά κατά την παραγωγή και παρέχει μια λύση για την επέκταση της ροής ρευστού. για διαφορετικές καταστάσεις.
Σχεδιασμός προστασίας αντλίας πρώτης γενιάς. Ένα συγκρότημα προστασίας αντλίας που χρησιμοποιεί σήτες από ανοξείδωτο μαλλί αναπτύχθηκε σε ένα πηγάδι αποστράγγισης βαρύτητας με υποβοήθηση ατμού στον Δυτικό Καναδά για την προστασία του ESP από τα στερεά κατά την παραγωγή. Οι οθόνες φιλτράρουν τα επιβλαβή στερεά από το υγρό παραγωγής καθώς εισέρχεται στη σειρά παραγωγής. ζωνική απομόνωση μεταξύ της ζώνης παραγωγής και της άνω γεώτρησης.
Με το χρόνο παραγωγής, ο δακτυλιοειδής χώρος μεταξύ της οθόνης και του περιβλήματος τείνει να γεφυρωθεί με άμμο, γεγονός που αυξάνει την αντίσταση ροής. Τελικά, ο δακτύλιος γεφυρώνει τελείως, σταματά τη ροή και δημιουργεί διαφορά πίεσης μεταξύ του φρεατίου και της χορδής παραγωγής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Σε αυτό το σημείο, το υγρό δεν μπορεί πλέον να ρέει στο ESP και πρέπει να τραβηχτεί ο κρίκος ολοκλήρωσης.Ανάλογα με έναν αριθμό μεταβλητών που σχετίζονται με την παραγωγή στερεών, η διάρκεια που απαιτείται για να σταματήσει η ροή μέσω της γέφυρας στερεών στην οθόνη μπορεί να είναι μικρότερη από τη διάρκεια που θα επέτρεπε στο ESP να αντλήσει το υγρό με στερεά κατά μέσο όρο μεταξύ των αστοχιών στο έδαφος, έτσι αναπτύχθηκε η δεύτερη γενιά εξαρτημάτων.
Το συγκρότημα προστασίας αντλίας δεύτερης γενιάς. Η οθόνη ελέγχου άμμου εισόδου PumpGuard* και το σύστημα συναρμολόγησης βαλβίδας αιωρούνται κάτω από την αντλία REDA* στο Σχήμα 4, ένα παράδειγμα μη συμβατικής ολοκλήρωσης του ESP. Μόλις το φρεάτιο παραχθεί, η οθόνη φιλτράρει τα στερεά στην παραγωγή, αλλά θα αρχίσει να γεφυρώνει αργά με την άμμο. Η βαλβίδα ανοίγει, επιτρέποντας στο υγρό να ρέει απευθείας στη σειρά της σωλήνωσης στο ESP. Αυτή η ροή εξισώνει τη διαφορά πίεσης σε όλη την οθόνη, χαλαρώνοντας τη λαβή των σακουλών άμμου στο εξωτερικό της οθόνης. Η άμμος είναι ελεύθερη να σπάσει από τον δακτύλιο, γεγονός που μειώνει την αντίσταση ροής μέσω της οθόνης και επιτρέπει στη ροή να συνεχίσει. είναι απαραίτητο να τραβήξετε το ESP έξω από την τρύπα για σέρβις. Οι περιπτωσιολογικές μελέτες που επισημαίνονται σε αυτό το άρθρο καταδεικνύουν ότι το σύστημα είναι σε θέση να επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της αντλίας σε σύγκριση με την ολοκλήρωση της σάρωσης λειτουργίας μόνο.
Για την πρόσφατη εγκατάσταση, εισήχθη μια λύση με βάση το κόστος για την απομόνωση της περιοχής μεταξύ του συρμάτινου πλέγματος από ανοξείδωτο χάλυβα και του ESP. Πάνω από το τμήμα της οθόνης τοποθετείται ένας συσκευαστής κυπέλλων με προσανατολισμό προς τα κάτω. Πάνω από τον συσκευαστή ποτηριών, πρόσθετες διατρήσεις κεντρικού σωλήνα παρέχουν μια διαδρομή ροής για το παραγόμενο υγρό που μεταναστεύει από το εσωτερικό της οθόνης στον δακτυλιοειδή χώρο πάνω από τον συσκευαστή, όπου το ρευστό ESP μπορεί να εισέλθει στον συσκευαστή.
Το συρμάτινο φίλτρο από ανοξείδωτο χάλυβα που επιλέχθηκε για αυτήν τη λύση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους τύπους δικτύων 2D με βάση το διάκενο. Τα φίλτρα 2D βασίζονται κυρίως σε σωματίδια που εκτείνονται σε διάκενα φίλτρου ή υποδοχές για τη δημιουργία σακουλών άμμου και παρέχουν έλεγχο άμμου. Ωστόσο, δεδομένου ότι μπορεί να επιλεγεί μόνο μία τιμή διακένου για την οθόνη, η οθόνη γίνεται πολύ ευαίσθητη στην κατανομή του παραγόμενου μεγέθους ρευστού.
Αντίθετα, το παχύ στρώμα πλέγματος από φίλτρα συρμάτινου πλέγματος από ανοξείδωτο χάλυβα παρέχει υψηλό πορώδες (92%) και μεγάλη ανοιχτή επιφάνεια ροής (40%) για το παραγόμενο υγρό οπής φρεατίου. Ο μη ομοιόμορφος γωνιακός προσανατολισμός (που κυμαίνεται από 15 μm έως 600 μm) επιτρέπει τα αβλαβή λεπτά να ρέουν κατά μήκος μιας τρισδιάστατης διαδρομής ροής προς τον κεντρικό σωλήνα αφού παγιδευτούν μεγαλύτερα και επιβλαβή σωματίδια μέσα στο πλέγμα. Η δοκιμή συγκράτησης άμμου σε δείγματα αυτού του κόσκινου έδειξε ότι το φίλτρο διατηρεί υψηλή διαπερατότητα. Αυτή η σήτα από μαλλί από ανοξείδωτο χάλυβα αναπτύχθηκε από έναν μεγάλο χειριστή τη δεκαετία του 1980 ειδικά για αυτοτελή συμπληρώματα οθόνης σε δεξαμενές με διέγερση ατμού και έχει εκτεταμένο ιστορικό επιτυχημένων εγκαταστάσεων.
Το συγκρότημα βαλβίδας αποτελείται από μια βαλβίδα με ελατήριο που επιτρέπει τη μονόδρομη ροή στη σειρά σωλήνων από την περιοχή παραγωγής. Ρυθμίζοντας την προφόρτιση σπειροειδούς ελατηρίου πριν από την εγκατάσταση, η βαλβίδα μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή πίεση ρωγμής για την εφαρμογή. Συνήθως, μια βαλβίδα λειτουργεί κάτω από το συρμάτινο πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα και ένα δευτερεύον πλέγμα ροής από ανοξείδωτο χάλυβα. Τα χαλύβδινα πλέγματα λειτουργούν σε σειρά, με τη μεσαία βαλβίδα να έχει χαμηλότερη πίεση ρωγμής από τη χαμηλότερη βαλβίδα.
Με την πάροδο του χρόνου, τα σωματίδια σχηματισμού γεμίζουν τη δακτυλιοειδή περιοχή μεταξύ της εξωτερικής επιφάνειας του προστατευτικού συγκροτήματος της αντλίας και του τοιχώματος του περιβλήματος παραγωγής. Καθώς η κοιλότητα γεμίζει με άμμο και τα σωματίδια ενοποιούνται, η πτώση πίεσης στον σάκο άμμου αυξάνεται. Όταν αυτή η πτώση πίεσης φτάσει σε μια προκαθορισμένη τιμή, η βαλβίδα κώνου ανοίγει και επιτρέπει στη ροή να σπάσει απευθείας μέσω του σωλήνα. άμμος κατά μήκος του εξωτερικού του φίλτρου φίλτρου. Λόγω της μειωμένης διαφοράς πίεσης, η ροή θα συνεχιστεί μέσω της οθόνης και η βαλβίδα εισαγωγής θα κλείσει. Επομένως, η αντλία μπορεί να δει τη ροή απευθείας από τη βαλβίδα μόνο για σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό παρατείνει τη διάρκεια ζωής της αντλίας, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της ροής είναι το υγρό που φιλτράρεται μέσω του πλέγματος άμμου.
Το σύστημα προστασίας αντλίας λειτουργούσε με συσκευαστές σε τρία διαφορετικά φρεάτια στο Delaware Basin στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο κύριος στόχος είναι να μειωθεί ο αριθμός των εκκινήσεων και διακοπής του ESP λόγω υπερφόρτωσης που σχετίζεται με την άμμο και να αυξηθεί η διαθεσιμότητα του ESP για τη βελτίωση της παραγωγής. Το σύστημα προστασίας αντλίας είναι αναρτημένο από το κάτω άκρο της σειράς ESP. Ο χρόνος διακοπής λειτουργίας που σχετίζεται με την άμμο και τα στερεά μειώθηκε κατά 75% και η διάρκεια ζωής της αντλίας αυξήθηκε κατά περισσότερο από 22%.
Ένα πηγάδι. Εγκαταστάθηκε ένα σύστημα ESP σε ένα νέο φρεάτιο γεώτρησης και θραύσης στην κομητεία Martin του Τέξας. Το κατακόρυφο τμήμα του φρεατίου είναι περίπου 9.000 πόδια και το οριζόντιο τμήμα εκτείνεται σε 12.000 πόδια, μετρημένο βάθος (MD). Για τις δύο πρώτες συμπληρώσεις, μια κάτω οπή στροβιλισμού εγκαταστάθηκε το σύστημα διαχωρισμού άμμου με υποβρύχιο. Εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν τον ίδιο τύπο διαχωριστή άμμου, παρατηρήθηκε ασταθής συμπεριφορά των παραμέτρων λειτουργίας του ESP (ένταση ρεύματος και κραδασμοί). Η ανάλυση αποσυναρμολόγησης της έλκουσας μονάδας ESP αποκάλυψε ότι το συγκρότημα διαχωριστή αερίων vortex ήταν βουλωμένο με ξένα σώματα, τα οποία προσδιορίστηκαν ως άμμος επειδή δεν είναι μαγνητική και δεν αντιδρούν χημικά.
Στην τρίτη εγκατάσταση ESP, το συρμάτινο πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα αντικατέστησε τον διαχωριστή άμμου ως μέσο ελέγχου της άμμου ESP. Μετά την εγκατάσταση του νέου συστήματος προστασίας αντλίας, το ESP παρουσίασε πιο σταθερή συμπεριφορά, μειώνοντας το εύρος των διακυμάνσεων ρεύματος κινητήρα από ~19 A για εγκατάσταση #2 σε ~6,3 A για εγκατάσταση #3.Η δόνηση είναι επίσης μειωμένη κατά πολύ σταθερή πίεση και7. στην προηγούμενη εγκατάσταση και απέκτησε επιπλέον πτώση πίεσης 100 psi. Οι τερματισμοί υπερφόρτωσης ESP μειώνονται κατά 100% και το ESP λειτουργεί με χαμηλούς κραδασμούς.
Πηγάδι B. Σε ένα πηγάδι κοντά στο Eunice του Νέου Μεξικού, ένα άλλο μη συμβατικό πηγάδι είχε εγκαταστήσει ESP αλλά όχι προστασία αντλίας. Μετά την αρχική πτώση της εκκίνησης, το ESP άρχισε να παρουσιάζει ακανόνιστη συμπεριφορά. Οι διακυμάνσεις του ρεύματος και της πίεσης σχετίζονται με αιχμές κραδασμών. Μετά τη διατήρηση αυτών των συνθηκών για 137 ημέρες, το ESP απέτυχε και το δεύτερο σύστημα προστασίας της αντλίας εγκαταστάθηκε με το ίδιο φρεάτιο. συνέχισε την παραγωγή, το ESP λειτουργούσε κανονικά, με σταθερή ένταση ρεύματος και λιγότερους κραδασμούς. Τη στιγμή της δημοσίευσης, η δεύτερη λειτουργία του ESP είχε φτάσει τις 300 ημέρες λειτουργίας, μια σημαντική βελτίωση σε σχέση με την προηγούμενη εγκατάσταση.
Well C. Η τρίτη επιτόπια εγκατάσταση του συστήματος έγινε στο Mentone του Τέξας, από μια εταιρεία ειδικού πετρελαίου και φυσικού αερίου που αντιμετώπισε διακοπές και βλάβες ESP λόγω παραγωγής άμμου και ήθελε να βελτιώσει το χρόνο λειτουργίας της αντλίας. Οι χειριστές συνήθως λειτουργούν διαχωριστές άμμου κάτω από την οπή με επένδυση σε κάθε φρεάτιο ESP. Ωστόσο, μόλις η επένδυση γεμίσει με άμμο, ο διαχωριστής θα επιτρέψει στην αντλία να ρέει στην άμμο. .Μετά τη λειτουργία του νέου συστήματος με το προστατευτικό αντλίας, το ESP έχει 22% μεγαλύτερη διάρκεια ζωής με πιο σταθερή πτώση πίεσης και καλύτερο χρόνο λειτουργίας που σχετίζεται με το ESP.
Ο αριθμός των τερματισμών που σχετίζονται με την άμμο και τα στερεά κατά τη λειτουργία μειώθηκε κατά 75%, από 8 συμβάντα υπερφόρτωσης στην πρώτη εγκατάσταση σε δύο στη δεύτερη εγκατάσταση και ο αριθμός επιτυχών επανεκκινήσεων μετά από διακοπή λειτουργίας υπερφόρτωσης αυξήθηκε κατά 30%, από 8 στην πρώτη εγκατάσταση.Στη δευτερεύουσα εγκατάσταση πραγματοποιήθηκαν συνολικά 12 συμβάντα, για συνολικά 8 συμβάντα, μειώνοντας την ηλεκτρική καταπόνηση στον εξοπλισμό και αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής του ESP.
Το σχήμα 5 δείχνει την ξαφνική αύξηση της υπογραφής της πίεσης εισαγωγής (μπλε) όταν το πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα είναι μπλοκαρισμένο και το συγκρότημα βαλβίδας ανοίγει. Αυτή η υπογραφή πίεσης μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοση παραγωγής προβλέποντας αστοχίες ESP που σχετίζονται με την άμμο, επομένως μπορούν να προγραμματιστούν εργασίες αντικατάστασης με εξέδρες εργασίας.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, «Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device», SPE Paper 94673-MS, που παρουσιάστηκε στο συνέδριο SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Ρίο ντε Τζανέιρο, Βραζιλία, 20 Ιουνίου – 2014 Φεβρουαρίου 23. 73-MS.
Αυτό το άρθρο περιέχει στοιχεία από το έγγραφο SPE 207926-MS, που παρουσιάστηκε στη Διεθνή Έκθεση και Συνέδριο Πετρελαίου του Άμπου Ντάμπι στο Άμπου Ντάμπι, ΗΑΕ, 15-18 Νοεμβρίου 2021.
Όλα τα υλικά υπόκεινται σε αυστηρά επιβαλλόμενους νόμους περί πνευματικών δικαιωμάτων, διαβάστε τους Όρους και Προϋποθέσεις, την Πολιτική Cookies και την Πολιτική Απορρήτου πριν χρησιμοποιήσετε αυτόν τον ιστότοπο.