ثابت شده است که اجزای حفاظتی پمپ از پمپ‌ها در برابر شن محافظت می‌کنند و عمر عملیاتی ESPها را در چاه‌های غیر متعارف افزایش می‌دهند. این راه‌حل جریان معکوس ماسه فرک و سایر مواد جامد را که می‌توانند باعث اضافه بار و خرابی شوند، کنترل می‌کند. فناوری فعال مشکلات مربوط به عدم قطعیت توزیع اندازه ذرات را برطرف می‌کند.
از آنجایی که چاه های نفت بیشتر و بیشتر به ESP ها متکی هستند، افزایش عمر سیستم های پمپاژ شناور الکتریکی (ESP) اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. عمر عملیاتی و عملکرد پمپ های بالابر مصنوعی به مواد جامد در سیالات تولید شده حساس است. عمر عملیاتی و عملکرد ESP با افزایش ذرات جامد به طور قابل توجهی کاهش یافت.
ذرات جامدی که اغلب از طریق پمپ‌های بالابر مصنوعی جریان می‌یابند شامل شن و ماسه سازند، محرک‌های شکست هیدرولیکی، سیمان و ذرات فلزی فرسایش‌یافته یا خورده‌شده هستند. فناوری‌های Downhole که برای جداسازی جامدات طراحی شده‌اند، از سیکلون‌های با راندمان پایین تا شبکه‌های فولادی ضد زنگ سه بعدی با راندمان بالا، مشبک‌های فولادی ضد زنگ سه بعدی با راندمان بالا هستند. برای محافظت از پمپ ها در برابر ذرات بزرگ در طول تولید. با این حال، چاه های غیر متعارف در معرض جریان متناوب راب هستند، که منجر به فناوری جداکننده گردابی موجود می شود که فقط به طور متناوب کار می کند.
چندین نوع مختلف از نمایشگرهای ترکیبی کنترل شن و ماسه‌زدای گردابی برای محافظت از ESPها پیشنهاد شده‌اند. با این حال، به دلیل عدم قطعیت در توزیع اندازه و حجم مواد جامد تولید شده توسط هر چاه، شکاف‌هایی در حفاظت و عملکرد تولید همه پمپ‌ها وجود دارد. عدم قطعیت طول اجزای کنترل ماسه را افزایش می‌دهد و در نتیجه باعث کاهش پتانسیل ESP می‌شود، و در نتیجه می‌توان ESP را محدود کرد. تأثیر منفی بر اقتصاد چاه دارد. عمق گیرش بیشتر در چاه های غیر متعارف ترجیح داده می شود. با این حال، استفاده از سنباده زدا و لنگرهای گلی با دوشاخه نر برای تعلیق مجموعه های کنترل شن و ماسه سفت و سخت در مقاطع پوششی با بهبودهای ESP MTBF محدود با شدت سگک بالا. خوردگی لوله داخلی به طور قابل توجهی مورد ارزیابی قرار نگرفته است.
نویسندگان مقاله ای در سال 2005 نتایج تجربی یک جداکننده شن و ماسه پایین چاله را بر اساس یک لوله سیکلون ارائه کردند (شکل 1)، که به عمل سیکلون و گرانش بستگی داشت، تا نشان دهند که بازده جداسازی به ویسکوزیته روغن، سرعت جریان و اندازه ذرات بستگی دارد. با کاهش سرعت جریان، کاهش اندازه ذرات جامد، و افزایش ویسکوزیته روغن، شکل 2. برای جداکننده سوراخ لوله سیکلون معمولی، با کاهش اندازه ذرات به 100 میکرومتر، بازده جداسازی به 10% کاهش می یابد.علاوه بر این، با افزایش سرعت جریان، جداکننده گرداب در معرض سایش فرسایش قرار می‌گیرد که بر عمر اجزای ساختاری تأثیر می‌گذارد.
جایگزین منطقی بعدی استفاده از صفحه کنترل ماسه دو بعدی با عرض شکاف مشخص است. اندازه و توزیع ذرات ملاحظات مهمی در هنگام انتخاب صفحه برای فیلتر کردن مواد جامد در تولید چاه های معمولی یا غیرمتعارف است، اما ممکن است ناشناخته باشند.در عوض، صفحه ممکن است نیاز به فیلتر کردن شن و ماسه از شکستگی هیدرولیکی داشته باشد. در هر صورت، هزینه جمع‌آوری جامدات، تجزیه و تحلیل و آزمایش می‌تواند گران باشد.
اگر صفحه لوله دوبعدی به درستی پیکربندی نشده باشد، نتایج می‌تواند اقتصاد چاه را به خطر بیندازد. دهانه‌های ماسه‌ای که خیلی کوچک هستند می‌توانند منجر به وصل شدن زودهنگام، خاموش شدن و نیاز به کارهای اصلاحی شوند. اگر بیش از حد بزرگ باشند، اجازه می‌دهند مواد جامد آزادانه وارد فرآیند تولید شوند که می‌تواند باعث خوردگی لوله‌های روغن، آسیب رساندن به سطح پمپ‌های روغن، و آسیب رساندن به سطح ماسه مصنوعی شود. این وضعیت نیاز به یک راه حل ساده و مقرون به صرفه دارد که می تواند عمر پمپ را افزایش دهد و توزیع گسترده ای از اندازه های ماسه را پوشش دهد.
برای رفع این نیاز، مطالعه‌ای در مورد استفاده از مجموعه‌های سوپاپ در ترکیب با مش سیم فولادی ضد زنگ، که به توزیع جامدات حاصله حساس نیست، انجام شد. مطالعات نشان داده‌اند که مش سیم فولادی ضد زنگ با اندازه منافذ متغیر و ساختار 3 بعدی می‌تواند به طور موثر جامدات در اندازه‌های مختلف را بدون اطلاع از توزیع اندازه ذرات موثر بر روی ماسه، کنترل کند. بدون نیاز به فیلتر ثانویه اضافی
مجموعه سوپاپ نصب شده در پایین صفحه اجازه می دهد تا تولید ادامه یابد تا زمانی که ESP بیرون کشیده شود. از بازیابی ESP بلافاصله پس از پل زدن صفحه جلوگیری می کند. صفحه کنترل شن ورودی و مجموعه سوپاپ حاصل از ESP ها، پمپ های میله ای، و تکمیل بالابر گاز از مواد جامد در طول تولید محافظت می کند و بدون داشتن یک محلول تمیز کننده برای افزایش طول عمر پمپ سیال و یا افزایش طول عمر سیال، باعث می شود. برای موقعیت های مختلف
طراحی محافظ پمپ نسل اول. یک مجموعه محافظ پمپ با استفاده از صفحات پشم فولاد ضد زنگ در یک چاه زهکشی گرانشی به کمک بخار در غرب کانادا مستقر شد تا از ESP در برابر مواد جامد در حین تولید محافظت کند. صفحه نمایش مواد جامد مضر را از سیال تولیدی هنگام ورود به رشته تولید فیلتر می کند. در داخل رشته تولید، سیالات می توانند از جایی که به سطح ESP پمپ می شوند، جریان پیدا می کنند. جداسازی منطقه ای بین منطقه تولید و چاه بالایی.
در طول زمان تولید، فضای حلقوی بین صفحه و پوشش تمایل به پل زدن با ماسه دارد، که مقاومت جریان را افزایش می‌دهد. در نهایت، حلقه به طور کامل پل می‌شود، جریان را متوقف می‌کند و اختلاف فشاری بین سوراخ چاه و رشته تولید ایجاد می‌کند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. در این نقطه، سیال دیگر نمی‌تواند به سمت ESP جریان یابد و باید حلقه تکمیل شود.بسته به تعدادی از متغیرهای مربوط به تولید جامدات، مدت زمان مورد نیاز برای توقف جریان از طریق پل جامدات روی صفحه نمایش ممکن است کمتر از مدت زمانی باشد که به ESP اجازه می‌دهد سیال مملو از جامدات را میانگین زمان بین خرابی‌ها به زمین پمپ کند، بنابراین نسل دوم قطعات توسعه یافت.
نسل دوم مجموعه محافظ پمپ. صفحه کنترل شن و ماسه ورودی PumpGuard* و سیستم مونتاژ شیر در زیر پمپ REDA* در شکل 4 آویزان شده است، نمونه ای از تکمیل غیر متعارف ESP. هنگامی که چاه تولید می شود، صفحه نمایش مواد جامد در حال تولید را فیلتر می کند، اما به آرامی شروع به پل زدن با شن و ماسه می کند و فشار متفاوتی را ایجاد می کند. دریچه باز می شود و به سیال اجازه می دهد تا مستقیماً به داخل رشته لوله به سمت ESP جریان یابد. این جریان اختلاف فشار را در سراسر صفحه یکسان می کند و چسبندگی کیسه های شن را در قسمت بیرونی صفحه نمایش می دهد. برای بیرون کشیدن ESP از سوراخ برای سرویس دهی ضروری است. مطالعات موردی که در این مقاله برجسته شده است نشان می دهد که این سیستم می تواند به طور قابل توجهی عمر پمپ را در مقایسه با تکمیل غربالگری در حال اجرا به تنهایی افزایش دهد.
برای نصب اخیر، یک راه حل مقرون به صرفه برای جداسازی ناحیه بین مش سیم فولادی ضد زنگ و ESP معرفی شد. بسته بندی فنجانی رو به پایین در بالای قسمت صفحه نمایش نصب شده است. بالای بسته بندی فنجان، سوراخ های لوله مرکزی اضافی یک مسیر جریان را برای سیال تولید شده فراهم می کند تا از داخل صفحه به فضای حلقوی بالای بسته بندی ESP، جایی که سیال در ESP می تواند وارد پکر شود.
فیلتر مش سیم فولادی ضد زنگ انتخاب شده برای این راه حل، مزایای متعددی نسبت به انواع مش دوبعدی مبتنی بر شکاف دارد. فیلترهای دوبعدی عمدتاً به ذرات پوشاننده شکاف فیلتر یا شکاف ها برای ساخت کیسه های شن و کنترل شن متکی هستند. با این حال، از آنجایی که تنها یک مقدار شکاف را می توان برای صفحه انتخاب کرد، صفحه نمایش نسبت به توزیع اندازه ذرات تولید شده بسیار حساس می شود.
در مقابل، بستر مشبک ضخیم فیلترهای مش سیم فولادی ضد زنگ تخلخل بالا (92%) و سطح جریان باز بزرگ (40%) را برای سیال سوراخ چاه تولید شده فراهم می کند. فیلتر با فشرده کردن یک توری پشمی فولادی ضد زنگ و پیچیده کردن آن به طور مستقیم در اطراف یک لوله مرکزی سوراخ شده ساخته می‌شود، سپس آن را در داخل یک بستر منفذی در قسمت انتهایی لوله‌ها قرار می‌دهد تا در قسمت محافظ سوراخ شود. جهت‌گیری زاویه‌ای غیریکنواخت (از 15 میکرومتر تا 600 میکرومتر) به ریزدانه‌های بی‌ضرر اجازه می‌دهد تا پس از گیر افتادن ذرات بزرگ‌تر و مضر در داخل مش، در امتداد مسیر جریان سه بعدی به سمت لوله مرکزی جریان پیدا کنند. آزمایش احتباس شن و ماسه روی نمونه‌های این غربال نشان داد که فیلتر می‌تواند نفوذپذیری بالایی را حفظ کند، زیرا سیال از طریق دست‌های سیال به تنهایی تولید می‌شود. این صفحه نمایش پشم فولاد ضد زنگ توسط یک اپراتور بزرگ در دهه 1980 به طور خاص برای تکمیل صفحه نمایش مستقل در مخازن تحریک شده با بخار ساخته شد و دارای سابقه گسترده ای از نصب های موفق است.
مجموعه سوپاپ از یک شیر فنری تشکیل شده است که جریان یک طرفه را به داخل رشته لوله از منطقه تولید امکان پذیر می کند. با تنظیم پیش بار فنر سیم پیچ قبل از نصب، می توان شیر را برای دستیابی به فشار ترک مورد نظر برای کاربرد سفارشی کرد. به طور معمول، یک دریچه در زیر شبکه استنلس استیل و شبکه های فولادی ضد زنگ اجرا می شود تا یک جریان مجدد SP در موارد متعددی را فراهم کند. مش های فولادی به صورت سری عمل می کنند و شیر میانی فشار ترک خوردگی کمتری نسبت به پایین ترین شیر دارد.
با گذشت زمان، ذرات تشکیل‌دهنده ناحیه حلقوی بین سطح بیرونی صفحه مجموعه محافظ پمپ و دیواره محفظه تولید را پر می‌کنند. همانطور که حفره با ماسه پر می‌شود و ذرات یکپارچه می‌شوند، افت فشار در سراسر کیسه شن افزایش می‌یابد. وقتی این افت فشار به یک مقدار از پیش تعیین شده رسید، دریچه مخروطی باز می‌شود و اجازه می‌دهد تا جریان A به طور مستقیم از طریق لوله در لوله شکسته شود. شن و ماسه در امتداد قسمت بیرونی فیلتر صفحه. به دلیل کاهش اختلاف فشار، جریان از طریق صفحه از سر گرفته می شود و دریچه ورودی بسته می شود. بنابراین، پمپ فقط برای مدت کوتاهی می تواند جریان را مستقیماً از شیر ببیند. این باعث افزایش طول عمر پمپ می شود، زیرا بیشتر جریان، سیالی است که از طریق صفحه شنی فیلتر می شود.
سیستم حفاظتی پمپ با بسته‌کننده‌ها در سه چاه مختلف در حوضه دلاور در ایالات متحده کار می‌کرد. هدف اصلی کاهش تعداد راه‌اندازی و توقف ESP به دلیل اضافه‌بارهای مربوط به شن و ماسه و افزایش در دسترس بودن ESP برای بهبود تولید است. سیستم حفاظتی پمپ از انتهای پایین رشته ESP معلق است. نتایج چاه نفت نشان‌دهنده پایداری پمپ‌های فعلی و نصب عملکرد جدید پمپ است. زمان خرابی مربوط به شن و ماسه و مواد جامد تا 75 درصد کاهش یافت و عمر پمپ بیش از 22 درصد افزایش یافت.
یک چاه. یک سیستم ESP در یک چاه حفاری و شکستگی جدید در مارتین کانتی، تگزاس نصب شد. بخش عمودی چاه تقریباً 9000 فوت است و قسمت افقی تا 12000 فوت، عمق اندازه‌گیری شده (MD) گسترش می‌یابد. برای دو تکمیل اول، یک سیستم جداکننده شن و ماسه یکپارچه گردابی پایین‌چاله نصب شد. در نصب با استفاده از همان نوع جداکننده شن، رفتار ناپایدار پارامترهای عملیاتی ESP (شدت جریان و ارتعاش) مشاهده شد. تجزیه و تحلیل جداسازی واحد ESP کشیده شده نشان داد که مجموعه جداکننده گاز گردابی با مواد خارجی مسدود شده است، که مشخص شد به دلیل غیر مغناطیسی بودن و واکنش شیمیایی با اسید، ماسه است.
در سومین نصب ESP، مش سیم فولادی ضد زنگ جایگزین جداکننده شن و ماسه به عنوان وسیله ای برای کنترل شن و ماسه ESP شد. پس از نصب سیستم حفاظتی پمپ جدید، ESP رفتار پایدارتری از خود نشان داد و دامنه نوسانات جریان موتور را از ~19 A برای نصب #2 به ~6.3 A برای نصب #3 کاهش داد. نسبت به نصب قبلی و 100 psi افت فشار اضافی به دست آورد. خاموش شدن اضافه بار ESP تا 100٪ کاهش می یابد و ESP با لرزش کم کار می کند.
چاه B. در یک چاه در نزدیکی یونیس، نیومکزیکو، یک چاه غیر متعارف دیگر دارای ESP نصب شده بود اما هیچ محافظ پمپی وجود نداشت. پس از افت اولیه بوت، ESP شروع به نشان دادن رفتار نامنظم کرد. نوسانات در جریان و فشار با نوسانات ارتعاشی همراه است. پس از حفظ این شرایط به مدت 137 روز، ESP حفاظتی جدید با شکست مواجه شد. از سرگیری تولید، ESP به طور معمول کار می کرد، با آمپراژ پایدار و لرزش کمتر. در زمان انتشار، دومین دوره ESP به بیش از 300 روز کارکرد رسیده بود که نسبت به نصب قبلی پیشرفت قابل توجهی داشت.
چاه C. سومین نصب در محل سیستم در منتون، تگزاس، توسط یک شرکت تخصصی نفت و گاز انجام شد که به دلیل تولید شن و ماسه دچار قطعی و خرابی ESP شد و می‌خواست زمان کارکرد پمپ را بهبود بخشد. اپراتورها معمولاً جداکننده‌های شن و ماسه پایین چاه را با لاینر در هر چاه ESP اجرا می‌کنند. با این حال، هنگامی که لاینر با ماسه پر شد، جداکننده به پمپ اجازه می‌دهد تا سطح پمپ، از بین برود و در نتیجه ماسه از بین برود. .پس از اجرای سیستم جدید با محافظ پمپ، ESP با افت فشار پایدارتر و زمان کارکرد بهتر مرتبط با ESP، 22 درصد عمر طولانی‌تری دارد.
تعداد خاموش شدن های مربوط به ماسه و مواد جامد در حین کار 75 درصد کاهش یافته است، از 8 رویداد اضافه بار در نصب اول به دو مورد در نصب دوم، و تعداد راه اندازی مجدد موفقیت آمیز پس از خاموش شدن اضافه بار 30 درصد از 8 مورد در نصب اول افزایش یافته است.در مجموع 12 رویداد، در مجموع 8 رویداد، در نصب ثانویه انجام شد که باعث کاهش استرس الکتریکی روی تجهیزات و افزایش عمر عملیاتی ESP شد.
شکل 5 افزایش ناگهانی امضای فشار ورودی (آبی) را هنگامی که مش فولادی ضد زنگ مسدود می شود و مجموعه شیر باز می شود نشان می دهد. این امضای فشار می تواند با پیش بینی خرابی های ESP مربوط به شن و ماسه، کارایی تولید را بیشتر بهبود بخشد، بنابراین عملیات جایگزینی با دکل های ورکشور را می توان برنامه ریزی کرد.
1 Martins، JA، ES Rosa، S. Robson، "تجزیه و تحلیل تجربی لوله چرخشی به عنوان دستگاه سنگ زدایی پایین چاله"، مقاله SPE 94673-MS، ارائه شده در کنفرانس مهندسی نفت آمریکای لاتین و کارائیب، ریودوژانیرو، برزیل، 20 ژوئن - 20 ژوئن. 73-MS.
این مقاله حاوی عناصری از مقاله SPE 207926-MS است که در نمایشگاه و کنفرانس بین‌المللی نفت ابوظبی در ابوظبی، امارات، 15 تا 18 نوامبر 2021 ارائه شده است.
همه مطالب مشمول قوانین کپی رایت کاملاً اجرا شده هستند، لطفاً قبل از استفاده از این سایت شرایط و ضوابط، خط مشی کوکی ها و خط مشی رازداری ما را مطالعه کنید.