Komponen perlindungan pompa telah terbukti melindungi pompa dari pasir dan memperpanjang masa operasional ESP di sumur yang tidak konvensional. Solusi ini mengontrol aliran balik pasir frac dan padatan lain yang dapat menyebabkan kelebihan beban dan waktu henti. Teknologi yang memungkinkan menghilangkan masalah yang terkait dengan ketidakpastian distribusi ukuran partikel.
Karena semakin banyak sumur minyak bergantung pada ESP, memperpanjang masa pakai sistem pemompaan submersible listrik (ESP) menjadi semakin penting.Masa operasi dan kinerja pompa pengangkat buatan sensitif terhadap padatan dalam cairan yang diproduksi.Masa operasi dan kinerja ESP menurun secara signifikan dengan peningkatan partikel padat.Selain itu, padatan meningkatkan waktu henti sumur dan frekuensi workover yang diperlukan untuk menggantikan ESP.
Partikel padat yang sering mengalir melalui pompa pengangkat buatan termasuk pasir formasi, proppant rekah hidrolik, semen, dan partikel logam yang terkikis atau terkorosi. Teknologi lubang bawah yang dirancang untuk memisahkan padatan berkisar dari siklon efisiensi rendah hingga jaring kawat baja tahan karat 3D efisiensi tinggi. Desander vortex lubang bawah telah digunakan di sumur konvensional selama beberapa dekade, dan mereka terutama digunakan untuk melindungi pompa dari partikel besar selama produksi. Namun, sumur nonkonvensional tunduk pada slug intermiten aliran, yang mengakibatkan teknologi downhole vortex separator yang ada hanya bekerja sebentar-sebentar.
Beberapa varian yang berbeda dari kombinasi screen kontrol pasir dan downhole vortex desanders telah diusulkan untuk melindungi ESP. Namun, ada celah dalam performa proteksi dan produksi semua pompa karena ketidakpastian dalam distribusi ukuran dan volume padatan yang diproduksi oleh masing-masing sumur. Ketidakpastian meningkatkan panjang komponen kontrol pasir, sehingga mengurangi kedalaman di mana ESP dapat diatur, membatasi potensi penurunan reservoir ESP, dan berdampak negatif pada ekonomi sumur. Kedalaman setting yang lebih dalam lebih disukai di sumur nonkonvensional. Namun, penggunaan de-sanders dan jangkar lumpur male-plug untuk menangguhkan rakitan kontrol pasir yang panjang dan kaku di bagian selubung dengan tingkat keparahan dogleg yang tinggi membatasi peningkatan ESP MTBF. Korosi ban dalam adalah aspek lain dari desain ini yang belum dievaluasi secara memadai.
Penulis makalah tahun 2005 mempresentasikan hasil eksperimen pemisah pasir lubang bawah berdasarkan tabung siklon (Gambar 1), yang bergantung pada aksi siklon dan gravitasi, untuk menunjukkan bahwa efisiensi pemisahan tergantung pada viskositas minyak, laju aliran, dan ukuran partikel. Mereka menunjukkan bahwa efisiensi pemisah sangat bergantung pada kecepatan terminal partikel. Efisiensi pemisahan menurun dengan penurunan laju aliran, penurunan ukuran partikel padat, dan peningkatan viskositas minyak, Gambar 2. Untuk pemisah lubang bawah tabung siklon tipikal, efisiensi pemisahan turun menjadi ~10% saat ukuran partikel turun menjadi ~100 µm.Selain itu, dengan meningkatnya laju aliran, pemisah pusaran tunduk pada keausan erosi, yang memengaruhi umur pakai komponen struktural.
Alternatif logis berikutnya adalah menggunakan layar kontrol pasir 2D dengan lebar slot yang ditentukan. Ukuran dan distribusi partikel merupakan pertimbangan penting saat memilih layar untuk menyaring padatan dalam produksi sumur konvensional atau nonkonvensional, tetapi mungkin tidak diketahui. Padatan mungkin berasal dari reservoir, tetapi dapat bervariasi dari tumit ke tumit;sebagai alternatif, saringan mungkin perlu menyaring pasir dari rekahan hidrolik. Dalam kedua kasus tersebut, biaya pengumpulan, analisis, dan pengujian padatan dapat menjadi penghalang.
Jika tabing 2D tidak dikonfigurasi dengan benar, hasilnya dapat membahayakan ekonomi sumur.Bukaan tabir pasir yang terlalu kecil dapat mengakibatkan penyumbatan dini, penghentian, dan kebutuhan akan perbaikan perbaikan.Jika terlalu besar, mereka memungkinkan padatan untuk dengan bebas masuk ke proses produksi, yang dapat menimbulkan korosi pada pipa minyak, merusak pompa pengangkat buatan, menyiram sumbat permukaan, dan mengisi pemisah permukaan, sehingga memerlukan peledakan pasir dan pembuangan.Situasi ini memerlukan solusi sederhana dan hemat biaya yang dapat memperpanjang umur pompa dan mencakup distribusi ukuran pasir yang luas.
Untuk memenuhi kebutuhan ini, sebuah studi dilakukan pada penggunaan rakitan katup dalam kombinasi dengan jaring kawat baja tahan karat, yang tidak sensitif terhadap distribusi padatan yang dihasilkan. Studi telah menunjukkan bahwa jaring kawat baja tahan karat dengan ukuran pori variabel dan struktur 3D dapat secara efektif mengontrol padatan dengan berbagai ukuran tanpa mengetahui distribusi ukuran partikel dari padatan yang dihasilkan. Jaring kawat baja tahan karat 3D dapat secara efektif mengontrol butiran pasir dari semua ukuran, tanpa memerlukan filtrasi sekunder tambahan.
Rakitan katup yang dipasang di bagian bawah layar memungkinkan produksi berlanjut hingga ESP ditarik keluar. Ini mencegah ESP diambil segera setelah layar dijembatani. Layar kontrol pasir masuk yang dihasilkan dan rakitan katup melindungi ESP, pompa pengangkat batang, dan penyelesaian pengangkatan gas dari padatan selama produksi dengan membersihkan aliran cairan dan memberikan solusi hemat biaya untuk memperpanjang masa pakai Pompa tanpa harus menyesuaikan karakteristik reservoir untuk situasi yang berbeda.
Desain pelindung pompa generasi pertama. Rakitan pelindung pompa menggunakan saringan wol baja tahan karat dipasang di sumur drainase gravitasi berbantuan uap di Kanada Barat untuk melindungi ESP dari zat padat selama produksi. Layar menyaring zat padat berbahaya dari cairan produksi saat memasuki rangkaian produksi. Di dalam rangkaian produksi, cairan mengalir ke saluran masuk ESP, tempat mereka dipompa ke permukaan. Pengemas dapat dijalankan di antara saringan dan ESP untuk memberikan isolasi zona antara zona produksi dan lubang sumur atas.
Selama waktu produksi, ruang annular antara screen dan casing cenderung menjembatani dengan pasir, yang meningkatkan hambatan aliran. Akhirnya, annulus menjembatani sepenuhnya, menghentikan aliran, dan menciptakan perbedaan tekanan antara lubang sumur dan rangkaian produksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pada titik ini, fluida tidak dapat lagi mengalir ke ESP dan rangkaian penyelesaian harus ditarik.Bergantung pada sejumlah variabel yang terkait dengan produksi padatan, durasi yang diperlukan untuk menghentikan aliran melalui jembatan padatan di layar mungkin kurang dari durasi yang memungkinkan ESP untuk memompa cairan yang sarat padatan waktu rata-rata antara kegagalan ke tanah, sehingga komponen generasi kedua dikembangkan.
Rakitan pelindung pompa generasi kedua.Layar kontrol pasir inlet PumpGuard* dan sistem rakitan katup ditangguhkan di bawah pompa REDA* pada Gambar 4, contoh penyelesaian ESP yang tidak konvensional.Setelah sumur berproduksi, saringan menyaring padatan dalam produksi, tetapi akan mulai menjembatani pasir secara perlahan dan menciptakan perbedaan tekanan.Ketika tekanan diferensial ini mencapai tekanan retak yang ditetapkan katup, katup terbuka, memungkinkan cairan mengalir langsung ke dalam rangkaian pipa ke ESP.Aliran ini menyamakan perbedaan tekanan di seluruh layar, melonggarkan cengkeraman karung pasir di bagian luar layar. Pasir bebas keluar dari annulus, yang mengurangi hambatan aliran melalui layar dan memungkinkan aliran untuk melanjutkan. Saat tekanan diferensial turun, katup kembali ke posisi tertutup dan kondisi aliran normal dilanjutkan. Ulangi siklus ini sampai perlu menarik ESP keluar dari lubang untuk servis. Studi kasus yang disorot dalam artikel ini menunjukkan bahwa sistem mampu memperpanjang umur pompa secara signifikan dibandingkan dengan menjalankan penyelesaian penyaringan saja.
Untuk instalasi baru-baru ini, solusi berbasis biaya diperkenalkan untuk isolasi area antara wire mesh stainless steel dan ESP. Pengemas cangkir yang menghadap ke bawah dipasang di atas bagian layar. Di atas pengemas cangkir, perforasi tabung tengah tambahan menyediakan jalur aliran untuk cairan yang dihasilkan untuk bermigrasi dari bagian dalam layar ke ruang annular di atas pengemas, tempat cairan dapat masuk ke saluran masuk ESP.
Filter wire mesh stainless steel yang dipilih untuk solusi ini menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan jenis mesh 2D berbasis celah. Filter 2D terutama mengandalkan partikel yang mencakup celah atau slot filter untuk membuat karung pasir dan memberikan kontrol pasir. Namun, karena hanya satu nilai celah yang dapat dipilih untuk layar, layar menjadi sangat sensitif terhadap distribusi ukuran partikel dari cairan yang dihasilkan.
Sebaliknya, mesh bed tebal dari filter wire mesh stainless steel memberikan porositas tinggi (92%) dan area aliran terbuka yang besar (40%) untuk fluida lubang sumur yang dihasilkan. Filter dibangun dengan mengompresi mesh bulu stainless steel dan membungkusnya langsung di sekitar tabung tengah berlubang, kemudian membungkusnya dalam tutup pelindung berlubang yang dilas ke tabung tengah di setiap ujungnya. Distribusi pori di alas mesh, orientasi sudut tidak seragam (mulai dari 15 µm hingga 600 µm) memungkinkan partikel halus yang tidak berbahaya mengalir di sepanjang jalur aliran 3D menuju tabung pusat setelah partikel yang lebih besar dan berbahaya terperangkap di dalam jaring. Pengujian retensi pasir pada spesimen saringan ini menunjukkan bahwa filter mempertahankan permeabilitas tinggi karena cairan dihasilkan melalui saringan. Secara efektif, filter "ukuran" tunggal ini dapat menangani semua distribusi ukuran partikel dari cairan yang dihasilkan. Saringan wol baja tahan karat ini dikembangkan oleh operator besar pada tahun 1980-an khusus untuk penyelesaian saringan mandiri di reservoir yang distimulasi uap dan memiliki rekam jejak ekstensif tentang instalasi yang berhasil.
Rakitan katup terdiri dari katup pegas yang memungkinkan aliran satu arah ke dalam rangkaian pipa dari area produksi. Dengan menyesuaikan preload pegas koil sebelum pemasangan, katup dapat disesuaikan untuk mencapai tekanan retak yang diinginkan untuk aplikasi. Biasanya, katup dijalankan di bawah jaring kawat baja tahan karat untuk menyediakan jalur aliran sekunder antara reservoir dan ESP. Dalam beberapa kasus, banyak katup dan jaring baja tahan karat beroperasi secara seri, dengan katup tengah memiliki tekanan retak lebih rendah daripada katup terendah.
Seiring waktu, partikel formasi mengisi area annular antara permukaan luar layar rakitan pelindung pompa dan dinding selubung produksi. Saat rongga terisi dengan pasir dan partikel terkonsolidasi, penurunan tekanan melintasi karung pasir meningkat. Ketika penurunan tekanan ini mencapai nilai yang telah ditentukan, katup kerucut terbuka dan memungkinkan aliran langsung melalui saluran masuk pompa. Pada tahap ini, aliran melalui pipa mampu memecah pasir yang sebelumnya terkonsolidasi di sepanjang bagian luar filter layar. Karena perbedaan tekanan yang berkurang, aliran akan dilanjutkan melalui layar dan katup masuk akan menutup. Oleh karena itu, pompa hanya dapat melihat aliran langsung dari katup untuk waktu yang singkat. Ini memperpanjang umur pompa, karena sebagian besar aliran adalah cairan yang disaring melalui saringan pasir.
Sistem perlindungan pompa dioperasikan dengan pengemas di tiga sumur berbeda di Delaware Basin di Amerika Serikat.Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi jumlah ESP yang mulai dan berhenti karena beban berlebih terkait pasir dan untuk meningkatkan ketersediaan ESP untuk meningkatkan produksi.Sistem perlindungan pompa ditangguhkan dari ujung bawah tali ESP.Hasil sumur minyak menunjukkan kinerja pompa yang stabil, getaran dan intensitas arus yang berkurang, dan teknologi perlindungan pompa.Setelah memasang sistem baru, waktu henti terkait pasir dan padatan berkurang hingga 75% dan masa pakai pompa meningkat lebih dari 22%.
Sumur.Sistem ESP dipasang di sumur bor dan rekahan baru di Martin County, Texas.Bagian vertikal sumur kira-kira 9.000 kaki dan bagian horizontal memanjang hingga 12.000 kaki, kedalaman terukur (MD).Untuk dua penyelesaian pertama, sistem pemisah pasir vortex lubang bawah dengan enam sambungan liner dipasang sebagai bagian integral dari penyelesaian ESP.Untuk dua pemasangan berturut-turut menggunakan jenis pemisah pasir yang sama, perilaku parameter operasi ESP yang tidak stabil (intensitas arus dan getaran) diamati. Analisis pembongkaran unit ESP yang ditarik mengungkapkan bahwa rakitan pemisah gas pusaran tersumbat oleh benda asing, yang ditentukan sebagai pasir karena bersifat non-magnetik dan tidak bereaksi secara kimiawi dengan asam.
Pada instalasi ESP ketiga, jaring kawat baja tahan karat menggantikan pemisah pasir sebagai sarana kontrol pasir ESP. Setelah memasang sistem proteksi pompa yang baru, ESP menunjukkan perilaku yang lebih stabil, mengurangi kisaran fluktuasi arus motor dari ~19 A untuk pemasangan #2 hingga ~6,3 A untuk pemasangan #3. Getaran lebih stabil dan tren berkurang sebesar 75%. shutdown berkurang 100% dan ESP beroperasi dengan getaran rendah.
Sumur B. Di salah satu sumur dekat Eunice, New Mexico, sumur lain yang tidak konvensional memasang ESP tetapi tidak ada pelindung pompa.Setelah boot drop awal, ESP mulai menunjukkan perilaku yang tidak menentu.Fluktuasi arus dan tekanan dikaitkan dengan lonjakan getaran.Setelah mempertahankan kondisi ini selama 137 hari, ESP gagal dan pengganti dipasang.Pemasangan kedua mencakup sistem perlindungan pompa baru dengan konfigurasi ESP yang sama.Setelah sumur kembali berproduksi, ESP beroperasi secara normal, dengan arus listrik yang stabil dan sedikit getaran. Pada saat publikasi, operasi kedua ESP telah mencapai lebih dari 300 hari operasi, sebuah peningkatan yang signifikan dari instalasi sebelumnya.
Sumur C. Instalasi ketiga di lokasi sistem berada di Mentone, Texas, oleh perusahaan khusus minyak dan gas yang mengalami pemadaman listrik dan kegagalan ESP karena produksi pasir dan ingin meningkatkan waktu kerja pompa. Operator biasanya menjalankan pemisah pasir di bawah lubang dengan liner di setiap sumur ESP. Namun, setelah liner terisi pasir, separator akan membiarkan pasir mengalir melalui bagian pompa, merusak panggung pompa, bantalan, dan poros, yang mengakibatkan hilangnya daya angkat. Setelah menjalankan sistem baru dengan pelindung pompa , ESP memiliki masa operasi 22% lebih lama dengan penurunan tekanan yang lebih stabil dan waktu kerja terkait ESP yang lebih baik.
Jumlah shutdown terkait pasir dan padatan selama operasi menurun sebesar 75%, dari 8 peristiwa beban berlebih pada pemasangan pertama menjadi dua pada pemasangan kedua, dan jumlah restart yang berhasil setelah penghentian beban berlebih meningkat sebesar 30%, dari 8 pada pemasangan pertama.Sebanyak 12 peristiwa, dari total 8 peristiwa, dilakukan di instalasi sekunder, mengurangi tegangan listrik pada peralatan dan meningkatkan masa operasional ESP.
Gambar 5 menunjukkan peningkatan tiba-tiba tanda tekanan masuk (biru) saat jaring baja tahan karat diblokir dan rakitan katup dibuka. Tanda tekanan ini selanjutnya dapat meningkatkan efisiensi produksi dengan memprediksi kegagalan ESP terkait pasir, sehingga operasi penggantian dengan workover rig dapat direncanakan.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device,” SPE Paper 94673-MS, dipresentasikan pada SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazil, 20 Juni – 23 Februari 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Artikel ini memuat unsur-unsur dari kertas SPE 207926-MS, dipresentasikan pada Pameran dan Konferensi Perminyakan Internasional Abu Dhabi di Abu Dhabi, UEA, 15-18 November 2021.
Semua materi tunduk pada undang-undang hak cipta yang diberlakukan secara ketat, harap baca Syarat dan Ketentuan, Kebijakan Cookie, dan Kebijakan Privasi kami sebelum menggunakan situs ini.