Pumpun suojauskomponenttien on todistettu suojaavan pumppuja hiekalta ja pidentävän sähköstaattisten suodinlaitteiden (ESP) käyttöikää epätavanomaisissa kaivoissa. Tämä ratkaisu hallitsee murtumishiekan ja muiden kiinteiden aineiden takaisinvirtausta, joka voi aiheuttaa ylikuormitusta ja seisokkeja. Mahdollistava teknologia poistaa hiukkaskokojakauman epävarmuuteen liittyvät ongelmat.
Koska yhä useammat öljylähteet ovat riippuvaisia ​​sähköisistä uppopumpuista (ESP), sähköisten uppopumppujen (ESP) käyttöiän pidentäminen on yhä tärkeämpää. Keinotekoisten nostopumppujen käyttöikä ja suorituskyky ovat herkkiä tuotettujen nesteiden kiinteille aineille. ESP:n käyttöikä ja suorituskyky heikkenivät merkittävästi kiinteiden hiukkasten lisääntyessä. Lisäksi kiinteät aineet pidentävät kaivon seisokkiaikaa ja ESP:n vaihtamiseen tarvittavien huoltojen tiheyttä.
Keinotekoisten nostopumppujen läpi usein virtaavia kiinteitä hiukkasia ovat muodostumahiekka, hydraulisen murtamisen tukimateriaalit, sementti sekä erodoituneet tai syöpyneet metallihiukkaset. Kiinteiden aineiden erottamiseen suunnitellut porareikäteknologiat vaihtelevat matalan hyötysuhteen sykloneista korkean hyötysuhteen 3D-ruostumattomasta teräksestä valmistettuun verkkoon. Porausreiän pyörreerottimia on käytetty perinteisissä kaivoissa vuosikymmeniä, ja niitä käytetään ensisijaisesti suojaamaan pumppuja suurilta hiukkasilta tuotannon aikana. Epätavanomaisissa kaivoissa esiintyy kuitenkin ajoittaista nestevirtausta, minkä seurauksena olemassa oleva porareiän pyörreerotinteknologia toimii vain ajoittain.
Useita erilaisia ​​yhdistettyjä hiekanerotusseuloja ja porareiän pyörreankkureita on ehdotettu sähköstaattisten suojien suojaamiseksi. Kaikkien pumppujen suojaus- ja tuotantotehokkuudessa on kuitenkin aukkoja johtuen kunkin kaivon tuottaman kiintoaineen kokojakauman ja tilavuuden epävarmuudesta. Epävarmuus pidentää hiekanerotuskomponenttien pituutta, mikä vähentää sähköstaattisen suotimen asennussyvyyttä, rajoittaa sähköstaattisen suotimen säiliön tyhjenemispotentiaalia ja vaikuttaa negatiivisesti kaivon talouteen. Syvempi asennussyvyydet ovat suositeltavia epätavanomaisissa kaivoissa. Hiekanerottimien ja urostulppaisten muta-ankkureiden käyttö pitkien, jäykkien hiekanerotuskokoonpanojen ripustamiseen kotelo-osissa, joissa on voimakas mutka, rajoittaa kuitenkin sähköstaattisen suotimen MTBF-parannuksia. Sisäputken korroosio on toinen tämän suunnittelun näkökohta, jota ei ole arvioitu riittävästi.
Vuonna 2005 julkaistun artikkelin kirjoittajat esittivät kokeellisia tuloksia sykloniputkeen perustuvasta porareikähiekkaerottimesta (kuva 1), joka riippui syklonin toiminnasta ja painovoimasta osoittaakseen, että erottelutehokkuus riippuu öljyn viskositeetista, virtausnopeudesta ja hiukkaskoosta. He osoittavat, että erottelutehokkuus riippuu suurelta osin hiukkasten loppunopeudesta. Erotustehokkuus laskee virtausnopeuden pienentyessä, kiinteän hiukkaskoon pienentyessä ja öljyn viskositeetin kasvaessa, kuva 2. Tyypillisessä sykloniputkiporaerottimessa erottelutehokkuus laskee noin 10 prosenttiin, kun hiukkaskoko laskee noin 100 µm:iin. Lisäksi virtausnopeuden kasvaessa pyörreerotin altistuu eroosiolle, mikä vaikuttaa rakenneosien käyttöikään.
Seuraava looginen vaihtoehto on käyttää 2D-hiekansäätöseulaa, jolla on määritelty raon leveys. Hiukkaskoko ja -jakauma ovat tärkeitä tekijöitä valittaessa seuloja kiintoaineiden suodattamiseen tavanomaisessa tai epätavanomaisessa kaivotuotannossa, mutta ne eivät välttämättä ole tiedossa. Kiintoaineet voivat olla peräisin säiliöstä, mutta ne voivat vaihdella pohjasta toiseen; vaihtoehtoisesti seulan on ehkä suodatettava hydraulisesta murtamisesta peräisin olevaa hiekkaa. Kummassakin tapauksessa kiintoaineiden keräämisen, analysoinnin ja testauksen kustannukset voivat olla kohtuuttomat.
Jos 2D-putkiseulaa ei ole konfiguroitu oikein, tulokset voivat vaarantaa kaivon taloudellisuuden. Liian pienet hiekkaseula-aukot voivat johtaa ennenaikaiseen tukkeutumiseen, seisokkeihin ja korjaavien työstöjen tarpeeseen. Jos aukot ovat liian suuria, ne päästävät kiinteitä aineita vapaasti tuotantoprosessiin, mikä voi syövyttää öljyputkia, vahingoittaa keinotekoisia nostopumppuja, huuhdella pintakuristimet ja täyttää pintaerottimet, mikä vaatii hiekkapuhallusta ja hävittämistä. Tämä tilanne vaatii yksinkertaisen ja kustannustehokkaan ratkaisun, joka voi pidentää pumpun käyttöikää ja kattaa laajan hiekan kokojakauman.
Tämän tarpeen täyttämiseksi tehtiin tutkimus venttiilikokoonpanojen käytöstä yhdessä ruostumattomasta teräksestä valmistetun verkkoverkon kanssa, joka ei ole herkkä syntyvän kiintoaineen jakautumiselle. Tutkimukset ovat osoittaneet, että vaihtelevan huokoskoon ja 3D-rakenteen omaava ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkko voi tehokkaasti hallita erikokoisia kiinteitä aineita tietämättä syntyvien kiintoaineiden hiukkaskokojakaumaa. 3D-ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkko voi tehokkaasti hallita kaikenkokoisia hiekanjyviä ilman ylimääräistä toissijaista suodatusta.
Seulan pohjaan asennettu venttiilikokoonpano mahdollistaa tuotannon jatkumisen, kunnes sähköstaattinen suodin (ESP) vedetään ulos. Se estää ESP:n poistamisen heti seulan sulkemisen jälkeen. Tuloaukon hiekanohjaussihti ja venttiilikokoonpano suojaavat ESP:itä, sauvanostopumppuja ja kaasunostolaitteita kiinteiltä aineilta tuotannon aikana puhdistamalla nestevirtauksen ja tarjoavat kustannustehokkaan ratkaisun pumpun käyttöiän pidentämiseen ilman, että säiliön ominaisuuksia tarvitsee räätälöidä eri tilanteisiin.
Ensimmäisen sukupolven pumpun suojaussuunnittelu. Länsi-Kanadassa sijaitsevassa höyryavusteisessa painovoimaisessa salaojakaivossa otettiin käyttöön ruostumattomasta teräksestä valmistettuja villaseuloja käyttävä pumpun suojauskokoonpano suojaamaan sähkösuodatinta (ESP) kiinteiltä aineilta tuotannon aikana. Seulat suodattavat haitallisia kiinteitä aineita tuotantonesteestä sen saapuessa tuotantoketjuun. Tuotantoketjun sisällä nesteet virtaavat ESP-suodin tuloaukkoon, josta ne pumpataan pintaan. Seulan ja ESP-suodinin väliin voidaan asentaa tiivisteitä, jotka eristävät tuotantovyöhykkeen ja ylemmän porausreiän.
Tuotantoajan myötä rengasmainen tila siivilän ja kotelon välissä pyrkii peittymään hiekkaan, mikä lisää virtausvastusta. Lopulta rengasmainen tila peittyy kokonaan, pysäyttää virtauksen ja luo paine-eron kaivonreiän ja tuotantolinjan välille, kuten kuvassa 3 on esitetty. Tässä vaiheessa neste ei enää pääse virrata sähkösuodattimeen (ESP), ja täydentävä lanka on vedettävä irti. Useista kiintoaineiden tuotantoon liittyvistä muuttujista riippuen aika, joka tarvitaan virtauksen pysäyttämiseksi seulan kiintoainessillan läpi, voi olla lyhyempi kuin aika, jonka sähkösuodatin pystyisi pumppaamaan kiintoainepitoista nestettä maahan keskimääräisen vikojen välisen ajan perusteella, joten kehitettiin toisen sukupolven komponentit.
Toisen sukupolven pumpun suojauskokoonpano. PumpGuard*-tuloaukon hiekanohjaussihti ja venttiilikokoonpanojärjestelmä on ripustettu REDA*-pumpun alapuolelle kuvassa 4, esimerkki epätavanomaisesta ESP-täydennyksestä. Kun kaivo tuottaa, sihti suodattaa tuotannon kiinteät aineet, mutta alkaa hitaasti silloittua hiekan kanssa ja luoda paine-eron. Kun tämä paine-ero saavuttaa venttiilin asetetun halkeilupaineen, venttiili avautuu, jolloin neste pääsee virtaamaan suoraan ESP-putkistoon. Tämä virtaus tasaa paine-eron sihtin yli, mikä löysentää hiekkasäkkien otteen sihtin ulkopuolella. Hiekka pääsee irtoamaan renkaasta, mikä vähentää virtausvastusta sihtin läpi ja mahdollistaa virtauksen jatkumisen. Kun paine-ero laskee, venttiili palaa suljettuun asentoonsa ja normaalit virtausolosuhteet jatkuvat. Toista tätä sykliä, kunnes ESP on tarpeen vetää pois reiästä huoltoa varten. Tässä artikkelissa esitellyt tapaustutkimukset osoittavat, että järjestelmä pystyy pidentämään pumpun käyttöikää merkittävästi verrattuna pelkän seulonnan suorittamiseen.
Viimeisimmässä asennuksessa otettiin käyttöön kustannustehokas ratkaisu ruostumattomasta teräksestä valmistetun verkon ja sähkösuodattimen (ESP) välisen alueen eristämiseen. Seulaosan yläpuolelle on asennettu alaspäin suunnattu kuppitiiviste. Kuppitiivisteen yläpuolella on ylimääräiset keskiputken rei'itykset, jotka mahdollistavat virtausreitin, jonka kautta tuotettu neste voi siirtyä seulan sisältä tiivistimen yläpuolella olevaan rengasmaiseen tilaan, josta neste voi päästä ESP-tuloaukkoon.
Tähän ratkaisuun valittu ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkkosuodatin tarjoaa useita etuja rakoihin perustuviin 2D-verkkotyyppeihin verrattuna. 2D-suodattimet perustuvat ensisijaisesti suodatinrakojen tai -urien läpi kulkeviin hiukkasiin hiekkapussien muodostamiseksi ja hiekan hallitsemiseksi. Koska seulalle voidaan kuitenkin valita vain yksi rakoarvo, seulasta tulee erittäin herkkä tuotetun nesteen hiukkaskokojakaumalle.
Sitä vastoin paksu ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkkosuodatinkerros tarjoaa korkean huokoisuuden (92 %) ja suuren avoimen virtausalueen (40 %) tuotetulle porausreiän nesteelle. Suodatin on rakennettu puristamalla ruostumattomasta teräksestä valmistettu fleeceverkko ja käärimällä se suoraan rei'itetyn keskiputken ympärille, minkä jälkeen se kapseloidaan rei'itetyn suojakannen sisään, joka on hitsattu keskiputkeen molemmista päistä. Huokosten jakautuminen verkkokerroksessa ja epätasainen kulmasuuntaus (vaihtelee 15 µm:stä 600 µm:iin) mahdollistavat vaarattoman hienojakoisen hiukkasen virtauksen 3D-virtausreittiä pitkin kohti keskiputkea sen jälkeen, kun suuremmat ja haitalliset hiukkaset ovat jääneet loukkuun verkkoon. Tämän seulan näytteillä tehdyt hiekanpidätystestit osoittivat, että suodatin säilyttää korkean läpäisevyyden, koska nestettä muodostuu seulan läpi. Tämä yhden "koon" suodatin pystyy käsittelemään kaikkia tuotettujen nesteiden hiukkaskokojakaumia. Tämän ruostumattomasta teräksestä valmistetun villasuodattimen kehitti suuri toimija 1980-luvulla erityisesti höyrystimuloitujen säiliöiden itsenäisiä sihtijärjestelmiä varten, ja sillä on laaja kokemus onnistuneista asennuksista.
Venttiilikokoonpano koostuu jousikuormitteisesta venttiilistä, joka sallii yksisuuntaisen virtauksen putkistoon tuotantoalueelta. Säätämällä kierrejousen esijännitystä ennen asennusta venttiiliä voidaan räätälöidä halutun halkaisupaineen saavuttamiseksi sovelluksessa. Tyypillisesti venttiili asennetaan ruostumattomasta teräksestä valmistetun verkon alle, jotta säiliön ja ESP:n välille saadaan toissijainen virtausreitti. Joissakin tapauksissa useita venttiilejä ja ruostumattomasta teräksestä valmistettuja verkkoja käytetään sarjassa, jolloin keskimmäisen venttiilin halkaisupaine on alhaisempi kuin alimman venttiilin.
Ajan myötä muodostumahiukkaset täyttävät rengasmaisen alueen pumpun suojakokoonpanon siivilän ulkopinnan ja tuotantokotelon seinämän välillä. Kun ontelo täyttyy hiekalla ja hiukkaset tiivistyvät, painehäviö hiekkasäkin yli kasvaa. Kun tämä painehäviö saavuttaa ennalta asetetun arvon, kartioventtiili avautuu ja päästää virtauksen suoraan pumpun tuloaukon läpi. Tässä vaiheessa virtaus putken läpi pystyy rikkomaan aiemmin tiivistyneen hiekan siivilän ulkopintaa pitkin. Paine-eron pienentymisen ansiosta virtaus jatkuu siivilän läpi ja imuventtiili sulkeutuu. Siksi pumppu näkee virtauksen suoraan venttiilistä vain lyhyen aikaa. Tämä pidentää pumpun käyttöikää, koska suurin osa virtauksesta on hiekkasiivilän läpi suodatettua nestettä.
Pumpun suojausjärjestelmää käytettiin pakkauslaitteiden kanssa kolmessa eri kaivossa Delawaren altaassa Yhdysvalloissa. Päätavoitteena on vähentää hiekkaan liittyvien ylikuormitustekijöiden aiheuttamien sähköstaattisten suodinten (ESP) käynnistysten ja pysäytysten määrää ja lisätä ESP:n käytettävyyttä tuotannon parantamiseksi. Pumpun suojausjärjestelmä on ripustettu ESP-jonon alapäästä. Öljykaivon tulokset osoittavat vakaan pumpun suorituskyvyn, vähentyneen tärinän ja virran voimakkuuden sekä pumpun suojausteknologian. Uuden järjestelmän asentamisen jälkeen hiekkaan ja kiintoaineisiin liittyvät seisokkiajat lyhenivät 75 % ja pumpun käyttöikä pidentyi yli 22 %.
Kaivo. ESP-järjestelmä asennettiin uuteen poraus- ja murtamiskaivoon Martin Countyssa, Texasissa. Kaivon pystysuora osa on noin 9 000 jalkaa ja vaakasuora osa ulottuu 12 000 jalkaan mitattuna syvyytenä (MD). Kahden ensimmäisen valmistumisen yhteydessä asennettiin kuusivuorausliitännällä varustettu pyörreporahiekanerotinjärjestelmä osana ESP-valmistusta. Kahdessa peräkkäisessä asennuksessa, joissa käytettiin saman tyyppistä hiekanerotinta, havaittiin ESP:n toimintaparametrien (virran voimakkuus ja värähtely) epävakaata käyttäytymistä. Irrotetun ESP-yksikön purkamisanalyysi paljasti, että pyörreporakaasunerotinkokoonpano oli tukkeutunut vieraista aineista, joiden todettiin olevan hiekkaa, koska se ei ole magneettinen eikä reagoi kemiallisesti hapon kanssa.
Kolmannessa ESP-asennuksessa hiekanerotin korvattiin ruostumattomasta teräksestä valmistetulla metalliverkolla ESP-hiekanhallinnan keinona. Uuden pumpun suojausjärjestelmän asentamisen jälkeen ESP osoitti vakaampaa käyttäytymistä, mikä pienensi moottorin virran vaihteluväliä noin 19 A:sta asennuksessa nro 2 noin 6,3 A:iin asennuksessa nro 3. Tärinä on vakaampaa ja trendi on pienentynyt 75 %. Myös painehäviö oli vakaa ja vaihteli hyvin vähän edelliseen asennukseen verrattuna, ja painehäviö oli 100 psi lisää. ESP:n ylikuormituskatkokset vähenevät 100 % ja ESP toimii vähäisellä tärinällä.
Kaivo B. Yhdessä Eunicea, New Mexicoa lähellä olevassa kaivossa toisessa epätavanomaisessa kaivossa oli asennettuna sähköstaattinen suodatin, mutta ei pumpun suojausta. Alkuperäisen käynnistyksen jälkeen sähköstaattinen suodatin alkoi käyttäytyä epätasaisesti. Virran ja paineen vaihtelut liittyvät värähtelypiikkeihin. Näiden olosuhteiden jatkumisen jälkeen 137 päivää sähköstaattinen suodatin petti ja asennettiin uusi. Toinen asennus sisältää uuden pumpun suojausjärjestelmän, jossa on sama sähköstaattisen suodattimen kokoonpano. Kun kaivo oli jatkanut tuotantoa, sähköstaattinen suodatin toimi normaalisti, vakaalla virranvoimakkuudella ja vähemmällä värähtelyllä. Julkaisuhetkellä sähköstaattisen suodattimen toinen käyttökerta oli saavuttanut yli 300 käyttöpäivän rajan, mikä on merkittävä parannus edelliseen asennukseen verrattuna.
Kaivo C. Järjestelmän kolmas paikan päällä tehty asennus tehtiin Mentonessa, Texasissa. Asennus tehtiin öljy- ja kaasualan erikoisyrityksen toimesta. Yrityksellä oli sähkökatkoksia ja sähkösuodattimen vikoja hiekantuotannon vuoksi ja se halusi parantaa pumppujen käyttöaikaa. Käyttäjät käyttävät tyypillisesti porareiän hiekanerottimia, joissa on vuoraus jokaisessa sähkösuodattimen kaivossa. Kun vuoraus täyttyy hiekalla, erotin päästää hiekan virtaamaan pumpun osan läpi, mikä syövyttää pumpun vaihetta, laakereita ja akselia ja johtaa nostotehon menetykseen. Kun uutta järjestelmää on käytetty pumpun suojalla, sähkösuodattimen käyttöikä on 22 % pidempi, painehäviö on vakaampi ja sähkösuodattimeen liittyvä käyttöaika parempi.
Hiekkaan ja kiintoaineeseen liittyvien sammutusten määrä käytön aikana väheni 75 %, kahdeksasta ylikuormitustapahtumasta ensimmäisessä asennuksessa kahteen toisessa asennuksessa, ja onnistuneiden uudelleenkäynnistysten määrä ylikuormitussammutuksen jälkeen kasvoi 30 %, kahdeksasta ensimmäisessä asennuksessa. Toissijaisessa asennuksessa suoritettiin yhteensä 12 tapahtumaa, yhteensä kahdeksan tapahtumaa, mikä vähensi laitteiden sähköistä rasitusta ja pidensi sähkösuodattimen käyttöikää.
Kuva 5 näyttää imupaineen äkillisen nousun (sininen), kun ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkko tukkeutuu ja venttiilikokoonpano avataan. Tämä paine-ero voi parantaa tuotantotehokkuutta entisestään ennustamalla hiekkaan liittyviä ESP-vikoja, joten vaihtotoimenpiteet korjauslaitteilla voidaan suunnitella.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, ”Pyörreputken kokeellinen analyysi porausreiän poistolaitteena”, SPE Paper 94673-MS, esitelty SPE:n Latinalaisen Amerikan ja Karibian öljytekniikan konferenssissa, Rio de Janeiro, Brasilia, 20. kesäkuuta – 23. helmikuuta 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Tämä artikkeli sisältää osia SPE:n julkaisusta 207926-MS, joka esiteltiin Abu Dhabin kansainvälisessä öljynäyttelyssä ja -konferenssissa Abu Dhabissa, Arabiemiirikunnissa, 15.-18. marraskuuta 2021.
Kaikki materiaalit ovat tiukasti valvottujen tekijänoikeuslakien alaisia. Luethan käyttöehtomme, evästekäytäntömme ja tietosuojakäytäntömme ennen sivuston käyttöä.