Probouse que os compoñentes de protección das bombas protexen as bombas da area e prolongan a vida útil dos ESP en pozos non convencionais. Esta solución controla o refluxo de area de fractura e outros sólidos que poden causar sobrecargas e tempo de inactividade. A tecnoloxía de habilitación elimina os problemas asociados á incerteza da distribución do tamaño das partículas.
A medida que máis e máis pozos de petróleo dependen dos ESP, estender a vida útil dos sistemas de bombeo sumerxible eléctrico (ESP) tórnase cada vez máis importante. A vida útil e o rendemento das bombas de elevación artificiais son sensibles aos sólidos dos fluídos producidos. A vida operativa e o rendemento do ESP diminuíron significativamente co aumento das partículas sólidas. Ademais, os sólidos aumentan o tempo de inactividade do pozo e a frecuencia de recuperación necesaria para substituír o ESP.
As partículas sólidas que adoitan fluír a través de bombas de elevación artificiais inclúen area de formación, apuntalantes de fractura hidráulica, cemento e partículas metálicas erosionadas ou corroídas. os pozos convencionais están suxeitos a un fluxo de babosa intermitente, o que fai que a tecnoloxía existente de separadores de vórtices de fondo só funcione de forma intermitente.
Propuxéronse varias variantes diferentes de pantallas combinadas de control de area e desarenadoras de vórtice de fondo para protexer os ESP. Non obstante, existen lagoas na protección e o rendemento da produción de todas as bombas debido á incerteza na distribución do tamaño e no volume de sólidos producidos por cada pozo. pozos económicos.Nos pozos non convencionais prefírense profundidades de fraguado máis profundas. Non obstante, o uso de deslixadoras e ancoraxes de barro con tapón macho para suspender conxuntos de control de area longos e ríxidos en seccións de carcasa con melloras de ESP MTBF limitadas de gravidade de dogleg. A corrosión do tubo interior é outro dos aspectos deste deseño que non se avaliou adecuadamente.
Os autores dun artigo de 2005 presentaron os resultados experimentais dun separador de area de fondo baseado nun tubo de ciclón (Figura 1), que dependía da acción do ciclón e da gravidade, para mostrar que a eficiencia da separación depende da viscosidade do aceite, o caudal e o tamaño das partículas. viscosidade, Figura 2. Para un separador de fondo de pozo de tubo de ciclón típico, a eficiencia de separación cae ata ~10% mentres o tamaño das partículas cae ata ~100 µm.Ademais, a medida que aumenta o caudal, o separador de vórtices está suxeito ao desgaste por erosión, o que afecta a vida útil dos compoñentes estruturais.
A seguinte alternativa lóxica é utilizar unha pantalla de control de area 2D cun ancho de ranura definido. O tamaño e a distribución das partículas son consideracións importantes á hora de seleccionar pantallas para filtrar sólidos na produción de pozos convencionais ou non convencionais, pero poden ser descoñecidos.Os sólidos poden proceder do depósito, pero poden variar de talón a talón;alternativamente, a pantalla pode ter que filtrar a area da fractura hidráulica. En calquera dos casos, o custo da recollida, análise e proba de sólidos pode ser prohibitivo.
Se a pantalla de tubos 2D non está configurada correctamente, os resultados poden comprometer a economía do pozo. As aberturas de pantalla de area que son demasiado pequenas poden producir taponamento prematuro, paradas e a necesidade de reparacións. Se son demasiado grandes, permiten que os sólidos entren libremente no proceso de produción, o que pode corroer os tubos de aceite, danar as bombas de elevación artificiais, esixir o enchemento de separadores de superficie e a eliminación de superficies. solución sinxela e rendible que pode prolongar a vida útil da bomba e cubrir unha ampla distribución de tamaños de area.
Para satisfacer esta necesidade, realizouse un estudo sobre o uso de conxuntos de válvulas en combinación con malla de arame de aceiro inoxidable, que é insensible á distribución de sólidos resultante. Os estudos demostraron que a malla de arame de aceiro inoxidable con tamaño de poro variable e estrutura 3D pode controlar eficazmente sólidos de varios tamaños sen coñecer a distribución de tamaño de partícula dos sólidos resultantes. filtración secundaria.
Un conxunto de válvulas montado na parte inferior da pantalla permite que a produción continúe ata que se extrae o ESP. Evita que o ESP se recupere inmediatamente despois de que a pantalla se puente. A pantalla de control de area de entrada e o conxunto de válvulas resultantes protexen os ESP, as bombas de elevación de varilla e os remates de elevación de gas dos sólidos durante a produción, limpando o fluxo de fluído e proporciona unha solución rentable sen necesidade de prolongar a vida útil do depósito.
Deseño de protección da bomba de primeira xeración. Un conxunto de protección da bomba que utiliza pantallas de la de aceiro inoxidable foi implantado nun pozo de drenaxe por gravidade asistido por vapor no oeste de Canadá para protexer o ESP dos sólidos durante a produción. As pantallas filtran os sólidos nocivos do fluído de produción cando entra na cadea de produción. zona e o pozo superior.
Ao longo do tempo de produción, o espazo anular entre a pantalla e a carcasa tende a facer pontes de area, o que aumenta a resistencia ao fluxo. Finalmente, o anel ponte completamente, detén o fluxo e crea un diferencial de presión entre o pozo e a cadea de produción, como se mostra na figura 3. Neste punto, o fluído xa non pode fluír cara ao ESP e debe tirarse a cadea de remate.Dependendo dunha serie de variables relacionadas coa produción de sólidos, a duración necesaria para deter o fluxo a través da ponte de sólidos na pantalla pode ser inferior á duración que permitiría ao ESP bombear o tempo medio de fluído cargado de sólidos entre as fallas ao chan, polo que se desenvolveu a segunda xeración de compoñentes.
O conxunto de protección da bomba de segunda xeración. A pantalla de control de area de entrada PumpGuard* e o sistema de conxunto de válvulas están suspendidos debaixo da bomba REDA* na Figura 4, un exemplo de finalización ESP non convencional. Unha vez que o pozo está a producir, a pantalla filtra os sólidos en produción, pero comezará a conectar lentamente coa area e creará un diferencial de presión. Este fluxo iguala o diferencial de presión a través da pantalla, afrouxando o agarre dos sacos de area no exterior da pantalla. A area pode saír libre do anel, o que reduce a resistencia ao fluxo a través da pantalla e permite que o fluxo se reinicie. A medida que cae a presión diferencial, a válvula volve á súa posición pechada e a válvula volve á súa posición pechada. Os estudos destacados neste artigo demostran que o sistema é capaz de prolongar significativamente a vida útil da bomba en comparación coa finalización do cribado en execución só.
Para a instalación recente, introduciuse unha solución de custos para o illamento da área entre a malla de arame de aceiro inoxidable e o ESP. Un empacador de vasos orientado cara abaixo está montado sobre a sección da pantalla. Por riba do empacador de vasos, perforacións adicionais do tubo central proporcionan un camiño de fluxo para que o fluído producido migre desde o interior da pantalla ata o espazo anular situado por riba do empacador, onde o fluído pode entrar no ESP.
O filtro de malla de arame de aceiro inoxidable escollido para esta solución ofrece varias vantaxes sobre os tipos de malla 2D baseados en espazos. Os filtros 2D dependen principalmente de partículas que abarcan ocos ou ranuras dos filtros para construír bolsas de area e proporcionar control de area. Non obstante, dado que só se pode seleccionar un valor de espazo para a pantalla, a pantalla faise moi sensible á distribución do tamaño do fluído das partículas producidas.
Pola contra, o leito de malla grosa dos filtros de malla de arame de aceiro inoxidable proporciona unha alta porosidade (92 %) e unha gran área de fluxo aberta (40 %) para o fluído do pozo producido. O filtro constrúese comprimindo unha malla de vellón de aceiro inoxidable e envolvéndoo directamente arredor dun tubo central perforado, despois encapsúlao nunha cuberta protectora perforada que está soldada no extremo do leito no centro de cada tubo. A orientación angular (que varía de 15 µm a 600 µm) permite que os finos inofensivos fluyan ao longo dun camiño de fluxo 3D cara ao tubo central despois de que partículas máis grandes e daniñas queden atrapadas dentro da malla. As probas de retención de area en mostras desta peneira demostraron que o filtro mantén unha alta permeabilidade porque o fluído se xera a través da peneira. .Esta pantalla de la de aceiro inoxidable foi desenvolvida por un importante operador na década de 1980 especificamente para completar a pantalla autónoma en depósitos estimulados por vapor e ten un amplo historial de instalacións exitosas.
O conxunto da chave consiste nunha chave cargada por resorte que permite o fluxo unidireccional na cadea de tubos desde a zona de produción. Ao axustar a precarga do resorte helicoidal antes da instalación, a chave pódese personalizar para acadar a presión de rachadura desexada para a aplicación. Normalmente, unha chave é executada baixo a malla de arame de aceiro inoxidable para proporcionar un camiño de fluxo secundario entre os depósitos e as válvulas de aceiro inoxidable múltiples. válvula que ten unha presión de craqueo menor que a válvula máis baixa.
Co paso do tempo, as partículas de formación enchen a zona anular entre a superficie exterior da pantalla de montaxe do protector da bomba e a parede da carcasa de produción. A medida que a cavidade se enche de area e as partículas se consolidan, a caída de presión a través do saco de area aumenta. Cando esta caída de presión alcanza un valor predeterminado, a chave cónica ábrese e permite que o fluxo directo a través da entrada da bomba. Debido ao diferencial de presión reducido, o fluxo reanudarase a través da pantalla e pecharase a válvula de admisión. Polo tanto, a bomba só pode ver o fluxo directamente desde a válvula durante un curto período de tempo. Isto prolonga a vida útil da bomba, xa que a maior parte do fluxo é o fluído filtrado a través da pantalla de area.
O sistema de protección da bomba operouse con empaquetadores en tres pozos diferentes na conca de Delaware, nos Estados Unidos. O obxectivo principal é reducir o número de arranques e paradas de ESP debido ás sobrecargas relacionadas coa area e aumentar a dispoñibilidade de ESP para mellorar a produción. o tempo reduciuse nun 75% e a vida útil da bomba aumentou máis dun 22%.
Un pozo.Instalouse un sistema ESP nun novo pozo de perforación e fractura no condado de Martin, Texas. A parte vertical do pozo ten aproximadamente 9.000 pés e a parte horizontal esténdese ata 12.000 pés, profundidade medida (MD). Para os dous primeiros acabados, instalouse un sistema separador de area vórtice de fondo de pozo con seis conexións de revestimento con seis conexións de revestimento utilizando o mesmo tipo de ESP e unha parte integrante do mesmo separador consecutivo. observouse o comportamento dos parámetros de funcionamento do ESP (intensidade de corrente e vibración).A análise da desmontaxe da unidade de ESP tirada revelou que o conxunto separador de gases de vórtice estaba obstruído con materia estraña, que se determinou que era area porque non é magnética e non reacciona químicamente co ácido.
Na terceira instalación ESP, a malla de arame de aceiro inoxidable substituíu o separador de area como un medio de control de area ESP. Despois de instalar o novo sistema de protección da bomba, o ESP mostrou un comportamento máis estable, reducindo o rango de flutuacións de corrente do motor de ~19 A para a instalación #2 a ~6,3 A para a instalación #3.A vibración é máis estable e a tendencia reduciuse nun 75 %. 0 psi de caída de presión. As paradas por sobrecarga do ESP redúcense nun 100 % e o ESP funciona con baixa vibración.
Pozo B. Nun pozo preto de Eunice, Novo México, outro pozo non convencional tiña instalado un ESP, pero sen protección da bomba. Despois da caída inicial do arranque, o ESP comezou a mostrar un comportamento errático. As flutuacións na corrente e na presión están asociadas a picos de vibración. Despois de manter estas condicións durante 137 días, o ESP fallou e instalouse unha substitución. amperaxe ble e menos vibracións. No momento da publicación, a segunda execución do ESP alcanzara máis de 300 días de funcionamento, unha mellora significativa con respecto á instalación anterior.
Pozo C.A terceira instalación do sistema no lugar foi en Mentone, Texas, por unha empresa especializada en petróleo e gas que experimentou interrupcións e fallos do ESP debido á produción de area e quería mellorar o tempo de funcionamento da bomba. Despois de executar o novo sistema co protector da bomba, o ESP ten unha vida útil un 22 % máis longa cunha caída de presión máis estable e un mellor tempo de funcionamento relacionado co ESP.
O número de paradas relacionadas con area e sólidos durante o funcionamento diminuíu nun 75%, de 8 eventos de sobrecarga na primeira instalación a dous na segunda instalación, e o número de reinicios exitosos tras a parada por sobrecarga aumentou nun 30%, de 8 na primeira instalación.Na instalación secundaria realizáronse un total de 12 eventos, para un total de 8 eventos, reducindo a tensión eléctrica dos equipos e aumentando a vida útil do ESP.
A figura 5 mostra o aumento repentino da sinatura da presión de admisión (azul) cando se bloquea a malla de aceiro inoxidable e se abre o conxunto da válvula. Esta sinatura de presión pode mellorar aínda máis a eficiencia da produción ao prever fallos ESP relacionados coa area, polo que se poden planificar operacións de substitución con equipos de reparación.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device”, SPE Paper 94673-MS, presentado na Conferencia SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Río de Janeiro, Brasil, 20 de xuño – 23 de febreiro de 2005.
Este artigo contén elementos do documento SPE 207926-MS, presentado na Exposición e Conferencia Internacional do Petróleo de Abu Dhabi en Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos, do 15 ao 18 de novembro de 2021.
Todos os materiais están suxeitos ás leis de copyright estrictamente aplicadas, lea os nosos Termos e condicións, Política de cookies e Política de privacidade antes de usar este sitio.