Il a été prouvé que les composants de protection de pompe protègent les pompes du sable et prolongent la durée de vie opérationnelle des ESP dans les puits non conventionnels. Cette solution contrôle le reflux de sable de fracturation et d'autres solides pouvant entraîner des surcharges et des temps d'arrêt. La technologie habilitante élimine les problèmes associés à l'incertitude de la distribution de la taille des particules.
Comme de plus en plus de puits de pétrole dépendent des ESP, il devient de plus en plus important de prolonger la durée de vie des systèmes de pompage électrique submersible (ESP). La durée de vie et les performances des pompes de relevage artificielles sont sensibles aux solides dans les fluides produits. La durée de vie et les performances de l'ESP ont considérablement diminué avec l'augmentation des particules solides. De plus, les solides augmentent le temps d'arrêt du puits et la fréquence de reconditionnement nécessaires pour remplacer l'ESP.
Les particules solides qui s'écoulent souvent à travers les pompes de levage artificielles comprennent le sable de formation, les agents de soutènement de fracturation hydraulique, le ciment et les particules métalliques érodées ou corrodées. technologie de séparateur de vortex de trou fonctionnant seulement par intermittence.
Plusieurs variantes d'écrans de contrôle du sable combinés et de dessableurs vortex de fond de trou ont été proposées pour protéger les ESP. Cependant, il existe des lacunes dans la protection et les performances de production de toutes les pompes en raison de l'incertitude dans la distribution de la taille et le volume des solides produits par chaque puits. l'utilisation de dessableurs et d'ancres de boue à bouchon mâle pour suspendre de longs ensembles de contrôle du sable rigides dans des sections de tubage à forte sévérité de dogleg a limité les améliorations ESP MTBF. La corrosion de la chambre à air est un autre aspect de cette conception qui n'a pas été correctement évalué.
Les auteurs d'un article de 2005 ont présenté les résultats expérimentaux d'un séparateur de sable de fond de trou basé sur un tube cyclone (Figure 1), qui dépendait de l'action et de la gravité du cyclone, pour montrer que l'efficacité de la séparation dépend de la viscosité de l'huile, du débit et de la taille des particules. Ils montrent que l'efficacité du séparateur dépend largement de la vitesse terminale des particules. % lorsque la taille des particules chute à ~100 µm.De plus, à mesure que le débit augmente, le séparateur de vortex est soumis à une usure par érosion, ce qui affecte la durée de vie des composants structuraux.
La prochaine alternative logique consiste à utiliser un crible de contrôle de sable 2D avec une largeur de fente définie. La taille et la distribution des particules sont des considérations importantes lors de la sélection des cribles pour filtrer les solides dans la production de puits conventionnels ou non conventionnels, mais elles peuvent être inconnues. Les solides peuvent provenir du réservoir, mais ils peuvent varier d'un talon à l'autre ;alternativement, l'écran peut avoir besoin de filtrer le sable de la fracturation hydraulique. Dans les deux cas, le coût de la collecte, de l'analyse et des tests des solides peut être prohibitif.
Si le tamis de tube 2D n'est pas correctement configuré, les résultats peuvent compromettre l'économie du puits. Des ouvertures de tamis de sable trop petites peuvent entraîner un colmatage prématuré, des arrêts et la nécessité de reconditionnements correctifs. couvrent une large distribution de tailles de sable.
Pour répondre à ce besoin, une étude a été menée sur l'utilisation d'assemblages de vannes en combinaison avec un treillis métallique en acier inoxydable, qui est insensible à la distribution des solides résultants. Des études ont montré que le treillis métallique en acier inoxydable avec une taille de pores variable et une structure 3D peut contrôler efficacement les solides de différentes tailles sans connaître la distribution granulométrique des solides résultants. Le treillis métallique en acier inoxydable 3D peut contrôler efficacement les grains de sable de toutes tailles, sans avoir besoin d'une filtration secondaire supplémentaire.
Un ensemble de vannes monté au bas de l'écran permet de poursuivre la production jusqu'à ce que l'ESP soit retiré. Il empêche l'ESP d'être récupéré immédiatement après le pontage de l'écran. L'écran de contrôle du sable d'entrée et l'ensemble de vannes qui en résultent protègent les ESP, les pompes de levage de tige et les finitions de levage de gaz des solides pendant la production en nettoyant le flux de fluide et fournit une solution rentable pour prolonger la durée de vie de la pompe sans avoir à adapter les caractéristiques du réservoir à différentes situations.
Conception de protection de pompe de première génération. Un ensemble de protection de pompe utilisant des écrans en laine d'acier inoxydable a été déployé dans un puits de drainage par gravité assisté par vapeur dans l'Ouest canadien pour protéger l'ESP des solides pendant la production. Les écrans filtrent les solides nocifs du fluide de production lorsqu'il pénètre dans la chaîne de production.
Au cours du temps de production, l'espace annulaire entre le tamis et le tubage a tendance à former un pont avec du sable, ce qui augmente la résistance à l'écoulement. Finalement, l'espace annulaire forme un pont complet, arrête l'écoulement et crée une différence de pression entre le puits de forage et la colonne de production, comme illustré à la figure 3. À ce stade, le fluide ne peut plus s'écouler vers l'ESP et la colonne de complétion doit être tirée.En fonction d'un certain nombre de variables liées à la production de solides, la durée nécessaire pour arrêter l'écoulement à travers le pont de solides sur l'écran peut être inférieure à la durée qui permettrait à l'ESP de pomper le temps moyen de fluide chargé de solides entre les défaillances vers le sol, donc la deuxième génération de composants a été développée.
L'ensemble de protection de pompe de deuxième génération. L'écran de contrôle du sable d'entrée PumpGuard* et le système d'assemblage de vannes sont suspendus sous la pompe REDA* dans la figure 4, un exemple d'achèvement ESP non conventionnel. poignée des sacs de sable à l'extérieur de l'écran. Le sable est libre de sortir de l'espace annulaire, ce qui réduit la résistance à l'écoulement à travers l'écran et permet à l'écoulement de reprendre. Lorsque la pression différentielle chute, la vanne revient à sa position fermée et les conditions d'écoulement normales reprennent. Répétez ce cycle jusqu'à ce qu'il soit nécessaire de retirer l'ESP du trou pour l'entretien.
Pour l'installation récente, une solution axée sur les coûts a été introduite pour l'isolation de la zone entre le treillis métallique en acier inoxydable et l'ESP. Un obturateur de gobelet orienté vers le bas est monté au-dessus de la section de crible. Au-dessus du packer de gobelet, des perforations de tube centrales supplémentaires fournissent un chemin d'écoulement pour que le fluide produit migre de l'intérieur de l'écran vers l'espace annulaire au-dessus du packer, où le fluide peut entrer dans l'entrée ESP.
Le filtre à treillis métallique en acier inoxydable choisi pour cette solution offre plusieurs avantages par rapport aux types de mailles 2D à base d'espaces. Les filtres 2D reposent principalement sur des particules couvrant les espaces ou les fentes du filtre pour construire des sacs de sable et fournir un contrôle du sable. Cependant, étant donné qu'une seule valeur d'espace peut être sélectionnée pour l'écran, l'écran devient très sensible à la distribution granulométrique du fluide produit.
En revanche, le lit à mailles épaisses des filtres en treillis métallique en acier inoxydable offre une porosité élevée (92 %) et une grande surface d'écoulement libre (40 %) pour le fluide de puits de forage produit. ) permet aux fines inoffensives de s'écouler le long d'un chemin d'écoulement 3D vers le tube central après que des particules plus grosses et nocives soient piégées dans le maillage. Les tests de rétention de sable sur des spécimens de ce tamis ont démontré que le filtre maintient une perméabilité élevée car le fluide est généré à travers le tamis. historique d'installations réussies.
L'ensemble vanne se compose d'une vanne à ressort qui permet un écoulement unidirectionnel dans le tube de production depuis la zone de production. En ajustant la précharge du ressort hélicoïdal avant l'installation, la vanne peut être personnalisée pour atteindre la pression de tarage souhaitée pour l'application. Généralement, une vanne est placée sous le treillis métallique en acier inoxydable pour fournir un chemin d'écoulement secondaire entre le réservoir et l'ESP. Dans certains cas, plusieurs vannes et mailles en acier inoxydable fonctionnent en série, la vanne du milieu ayant une pression de tarage inférieure à la vanne la plus basse.
Au fil du temps, les particules de formation remplissent la zone annulaire entre la surface extérieure de l'écran de protection de la pompe et la paroi du boîtier de production. Lorsque la cavité se remplit de sable et que les particules se consolident, la chute de pression à travers le sac de sable augmente. Lorsque cette chute de pression atteint une valeur prédéfinie, la vanne conique s'ouvre et permet l'écoulement directement à travers l'entrée de la pompe. Par conséquent, la pompe ne peut voir le débit directement de la vanne que pendant une courte période de temps. Cela prolonge la durée de vie de la pompe, car la majeure partie du débit est le fluide filtré à travers le tamis à sable.
L'objectif principal est de réduire le nombre de démarrages et d'arrêts de l'ESP dus aux surcharges liées au sable et d'augmenter la disponibilité de l'ESP pour améliorer la production. %.
Un puits. Un système ESP a été installé dans un nouveau puits de forage et de fracturation dans le comté de Martin, au Texas. La partie verticale du puits est d'environ 9 000 pieds et la partie horizontale s'étend jusqu'à 12 000 pieds, profondeur mesurée (MD). a été observé. L'analyse du démontage de l'unité ESP tirée a révélé que l'ensemble séparateur de gaz vortex était obstrué par des corps étrangers, qui ont été déterminés comme étant du sable car ils ne sont pas magnétiques et ne réagissent pas chimiquement avec l'acide.
Dans la troisième installation ESP, un treillis métallique en acier inoxydable a remplacé le séparateur de sable comme moyen de contrôle du sable ESP. Après l'installation du nouveau système de protection de la pompe, l'ESP a présenté un comportement plus stable, réduisant la plage de fluctuations du courant du moteur de ~ 19 A pour l'installation # 2 à ~ 6,3 A pour l'installation # 3. Les vibrations sont plus stables et la tendance est réduite de 75 %. 100% et l'ESP fonctionne avec de faibles vibrations.
Puits B. Dans un puits près d'Eunice, Nouveau-Mexique, un autre puits non conventionnel avait un ESP installé mais pas de protection de la pompe. Après la chute initiale du démarrage, l'ESP a commencé à présenter un comportement erratique. de publication, la deuxième série d'ESP avait atteint plus de 300 jours de fonctionnement, une amélioration significative par rapport à l'installation précédente.
Puits C. La troisième installation sur site du système a eu lieu à Mentone, au Texas, par une société spécialisée dans le pétrole et le gaz qui a connu des pannes et des pannes ESP en raison de la production de sable et souhaitait améliorer le temps de fonctionnement de la pompe. Les opérateurs utilisent généralement des séparateurs de sable de fond de trou avec revêtement dans chaque puits ESP. L'ESP a une durée de vie de 22 % plus longue avec une chute de pression plus stable et une meilleure disponibilité liée à l'ESP.
Le nombre d'arrêts liés au sable et aux solides pendant le fonctionnement a diminué de 75 %, passant de 8 événements de surcharge dans la première installation à deux dans la deuxième installation, et le nombre de redémarrages réussis après un arrêt de surcharge a augmenté de 30 %, passant de 8 dans la première installation.Un total de 12 événements, pour un total de 8 événements, ont été effectués dans l'installation secondaire, réduisant le stress électrique sur l'équipement et augmentant la durée de vie opérationnelle de l'ESP.
La figure 5 montre l'augmentation soudaine de la signature de pression d'admission (bleue) lorsque le treillis en acier inoxydable est bloqué et que l'ensemble de soupape est ouvert. Cette signature de pression peut encore améliorer l'efficacité de la production en prédisant les défaillances ESP liées au sable, de sorte que les opérations de remplacement avec des plates-formes de reconditionnement peuvent être planifiées.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, « Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device », SPE Paper 94673-MS, présenté à la SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brésil, 20 juin – 23 février 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Cet article contient des éléments du document SPE 207926-MS, présenté à l'Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference à Abu Dhabi, Émirats arabes unis, du 15 au 18 novembre 2021.
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