Sannað hefur verið að íhlutir sem vernda dælur vernda dælur fyrir sandi og lengja endingartíma rafeindabúnaðar í óhefðbundnum borholum. Þessi lausn stýrir bakflæði sprungusands og annarra föstra efna sem geta valdið ofhleðslu og niðurtíma. Þessi tækni útrýmir vandamálum sem tengjast óvissu í dreifingu agnastærðar.
Þar sem fleiri og fleiri olíubrunnir reiða sig á rafdælukerfi (ESP), verður sífellt mikilvægara að lengja líftíma rafmagnsdælukerfa (ESP). Rekstrartími og afköst gervilyftudæla eru viðkvæm fyrir föstum efnum í framleiddum vökva. Rekstrartími og afköst ESP minnkaði verulega með aukningu á föstum ögnum. Að auki auka föst efni niðurtíma brunna og tíðni endurvinnslu sem þarf til að skipta um ESP.
Fastar agnir sem oft flæða í gegnum gervilyftidælur eru meðal annars myndunarsandur, vökvasprunguefni, sement og rofnar eða tærðar málmögnur. Tækni niðri í borholu sem hönnuð er til að aðskilja föst efni er allt frá lág-afköstum hvirfilbyljum til há-afköstum þrívíddar ryðfríu stáli vírneti. Hvirfilhreinsarar niðri í borholu hafa verið notaðir í hefðbundnum borholum í áratugi og þeir eru fyrst og fremst notaðir til að vernda dælur fyrir stórum ögnum meðan á framleiðslu stendur. Hins vegar eru óhefðbundnir borholur háðir slitróttum sniglaflæði, sem leiðir til þess að núverandi hvirfilaðskiljunartækni niðri í borholu virkar aðeins með slitróttum hætti.
Nokkrar mismunandi útgáfur af samsettum sandstýringarskjám og hvirfilhreinsitækjum niðri í borholu hafa verið lagðar til til að vernda rafeindabúnað (ESP). Hins vegar eru eyður í vernd og framleiðslugetu allra dælna vegna óvissu í stærðardreifingu og rúmmáli föstra efna sem framleidd eru í hverjum brunni. Óvissa eykur lengd sandstýringaríhluta og dregur þannig úr dýptinni sem hægt er að stilla ESP-inn á, takmarkar möguleika ESP-ins á að lækka í forðanum og hefur neikvæð áhrif á hagkvæmni brunnsins. Dýpri setdýpi eru æskilegri í óhefðbundnum brunnum. Hins vegar takmarkaði notkun sandhreinsibúnaðar og karlkyns leðjuakkera til að hengja upp langar, stífar sandstýringareiningar í fóðrunarhlutum með mikilli stöðuhækkun úrbætur á ESP MTBF. Tæring á innra rörinu er annar þáttur í þessari hönnun sem hefur ekki verið metinn nægilega vel.
Höfundar greinar frá árinu 2005 kynntu tilraunaniðurstöður á sandskilju niðri í borholu sem byggðist á hvirfilvinduröri (mynd 1), sem var háð hvirfilvinduvirkni og þyngdarafli, til að sýna fram á að skilvirkni aðskilnaðar er háð seigju olíu, rennslishraða og agnastærð. Þeir sýna að skilvirkni skiljunnar er að miklu leyti háð lokahraða agnanna. Skilvirkni aðskilnaðar minnkar með minnkandi rennslishraða, minnkandi agnastærð fastra efna og aukinni seigju olíu, mynd 2. Fyrir dæmigerða hvirfilvindurörsskilju niðri í borholu lækkar skilvirkni aðskilnaðar niður í ~10% þegar agnastærðin lækkar niður í ~100 µm. Að auki, þegar rennslishraðinn eykst, verður hvirfilskiljan fyrir sliti, sem hefur áhrif á endingartíma burðarvirkjaíhluta.
Næsti rökrétti kosturinn er að nota tvívíddar sandsíu með skilgreindri raufarbreidd. Agnastærð og dreifing eru mikilvæg atriði þegar sigti er valinn til að sía föst efni í hefðbundinni eða óhefðbundinni brunnaframleiðslu, en þau geta verið óþekkt. Föstu efnin geta komið úr lóninu, en þau geta verið mismunandi eftir hælum; að öðrum kosti gæti sigtið þurft að sía sand frá vökvabrotnun. Í báðum tilvikum getur kostnaðurinn við söfnun, greiningu og prófanir á föstum efnum verið óhóflegur.
Ef tvívíddar rörsigti er ekki rétt stillt geta niðurstöðurnar haft áhrif á hagkvæmni brunnsins. Of litlar sandsigtiop geta leitt til ótímabærrar stíflunar, stöðvunar og þörf fyrir viðgerðir. Ef þau eru of stór leyfa þau föstum efnum að komast frjálslega inn í framleiðsluferlið, sem getur tært olíuleiðslur, skemmt gervilyftudælur, skolað yfirborðsþrýstikerfi og fyllt yfirborðsskiljur, sem krefst sandblásturs og förgunar. Þessi staða krefst einfaldrar og hagkvæmrar lausnar sem getur lengt líftíma dælunnar og náð yfir fjölbreytt úrval af sandstærðum.
Til að mæta þessari þörf var gerð rannsókn á notkun lokasamsetninga í samsetningu við vírnet úr ryðfríu stáli, sem er ónæmt fyrir dreifingu föstu efna. Rannsóknir hafa sýnt að vírnet úr ryðfríu stáli með breytilegri porastærð og þrívíddarbyggingu getur á áhrifaríkan hátt stjórnað föstum efnum af ýmsum stærðum án þess að vita um agnastærðardreifingu efnanna. Þrívíddar vírnetið úr ryðfríu stáli getur á áhrifaríkan hátt stjórnað sandkornum af öllum stærðum án þess að þörf sé á auka síun.
Lokasamstæða sem er fest neðst á sigtinu gerir framleiðslu kleift að halda áfram þar til rafeindastýringin (ESP) er dregin út. Hún kemur í veg fyrir að ESP sé náð strax eftir að sigtið hefur verið brúað. Stjórnskjárinn og lokasamstæðan fyrir sandinn í inntakinu verndar ESP-dælur, stangarlyftudælur og gaslyftuhluta fyrir föstum efnum meðan á framleiðslu stendur með því að hreinsa vökvaflæði og veitir hagkvæma lausn til að lengja líftíma dælunnar án þess að þurfa að sníða eiginleika geymisins að mismunandi aðstæðum.
Fyrsta kynslóð dæluverndar. Dæluverndarsamstæða úr ryðfríu stáli var sett upp í gufustýrðum þyngdarkraftsfrárennslisbrunni í Vestur-Kanada til að vernda dæluvörnina fyrir föstum efnum meðan á framleiðslu stendur. Sigti sía skaðleg föst efni úr framleiðsluvökvanum þegar hann fer inn í framleiðslustrenginn. Innan framleiðslustrengsins renna vökvarnir að inntaki dæluvörnarinnar þar sem þeir eru dæltir upp á yfirborðið. Hægt er að keyra pakkningar á milli sigtisins og dæluvörnarinnar til að tryggja svæðisbundna einangrun milli framleiðslusvæðisins og efri borholunnar.
Með framleiðslutíma hefur hringlaga rýmið milli sigtisins og hylkisins tilhneigingu til að brúa sand, sem eykur flæðisviðnám. Að lokum brúar hringlaga rýmið alveg, stöðvar flæðið og myndar þrýstingsmun milli borholunnar og framleiðslustrengsins, eins og sýnt er á mynd 3. Á þessum tímapunkti getur vökvi ekki lengur runnið að rafskautsrofanum (ESP) og þarf að draga frágangsstrenginn. Það fer eftir fjölda breyta sem tengjast framleiðslu fastra efna, hvort tíminn sem þarf til að stöðva flæði í gegnum brúna yfir fast efni á sigtinu sé styttri en sá tími sem gerir ESP-inu kleift að dæla vökvanum, sem er hlaðinn föstum efnum, til jarðar, og því var önnur kynslóð íhluta þróuð.
Önnur kynslóð dæluverndarsamstæðunnar. PumpGuard* inntakssandsstýringar- og lokasamstæðukerfið er hengt fyrir neðan REDA* dæluna á mynd 4, sem er dæmi um óhefðbundna ESP-frágang. Þegar brunnurinn er byrjaður að framleiða síar sigtið föstu efnin í framleiðslunni en byrjar hægt að brúa saman við sandinn og mynda þrýstingsmun. Þegar þessi mismunurþrýstingur nær stilltum sprunguþrýstingi lokans opnast lokinn og gerir vökvum kleift að flæða beint inn í slöngustrenginn að ESP-inu. Þetta flæði jafnar þrýstingsmuninn yfir sigtið og losar um grip sandpokanna að utanverðu sigtinu. Sandurinn er frjáls til að brjótast út úr hringlaga rörinu, sem dregur úr flæðisviðnámi í gegnum sigtið og gerir flæði kleift að halda áfram. Þegar mismunurþrýstingurinn lækkar fer lokinn aftur í lokaða stöðu og eðlileg flæðisskilyrði hefjast aftur. Endurtakið þessa lotu þar til nauðsynlegt er að draga ESP-ið úr holunni til viðhalds. Dæmisögurnar sem fjallað er um í þessari grein sýna að kerfið getur lengt líftíma dælunnar verulega samanborið við að keyra eingöngu skimun.
Fyrir nýlega uppsetningu var kynnt kostnaðarstýrð lausn til að einangra svæði milli ryðfríu stálvírnetsins og rafrettunnar (ESP). Niðursnúinn bolli er festur fyrir ofan sigtihlutann. Fyrir ofan bollapakkann eru viðbótar miðlægar göt sem veita flæðisleið fyrir framleiddan vökva til að flytjast frá innra hluta sigtunnar að hringlaga rýminu fyrir ofan pakkann, þar sem vökvinn getur komist inn í ESP inntakið.
Ryðfrítt stálvírnetsían sem valin var fyrir þessa lausn býður upp á nokkra kosti umfram tvívíddarnetgerðir með bilum. Tvívíddarsíur treysta aðallega á agnir sem spanna bil eða raufar í síunni til að mynda sandpoka og veita sandstýringu. Hins vegar, þar sem aðeins er hægt að velja eitt bilsgildi fyrir sigtið, verður sigtið mjög næmt fyrir agnastærðardreifingu myndaðs vökva.
Þykkt möskvalag í síum úr ryðfríu stáli veitir hins vegar mikla gegndræpi (92%) og stórt opið flæðisflatarmál (40%) fyrir framleiddan vökva úr borholum. Sían er smíðuð með því að þjappa flísneti úr ryðfríu stáli og vefja því beint utan um gatað miðjurör, og síðan innhylja það í gatað hlífðarhlíf sem er soðin við miðjurörið í hvorum enda. Dreifing sviga í möskvalaginu, ójöfn hornstefna (frá 15 µm til 600 µm) gerir skaðlausu fínu efni kleift að flæða eftir þrívíddarflæðisleið í átt að miðjurörinu eftir að stærri og skaðlegar agnir eru fastar í möskvanum. Sandgeymsluprófanir á sýnum af þessu sigti sýndu að sían viðheldur mikilli gegndræpi vegna þess að vökvi myndast í gegnum sigtið. Þessi sía af einni „stærð“ getur í raun tekist á við allar agnastærðardreifingar framleiddra vökva sem koma fyrir. Þessi sigti úr ryðfríu stáli var þróaður af stórum rekstraraðila á níunda áratugnum sérstaklega fyrir sjálfstæðar sigtfyllingar í gufuörvuðum geymum og hefur mikla reynslu af vel heppnuðum uppsetningum.
Lokasamstæðan samanstendur af fjaðurhlaðnum loka sem leyfir einstefnuflæði inn í slöngustrenginn frá framleiðslusvæðinu. Með því að stilla forspennu fjaðranna fyrir uppsetningu er hægt að aðlaga lokana til að ná tilætluðum sprunguþrýstingi fyrir notkunina. Venjulega er loka settur undir ryðfríu stálvírnetið til að veita aukaflæðisleið milli geymisins og rafeindastýringarinnar. Í sumum tilfellum starfa margir lokar og ryðfríu stálnet í röð, þar sem miðlokinn hefur lægri sprunguþrýsting en neðsti lokinn.
Með tímanum fylla agnir myndunarinnar hringlaga svæðið milli ytra yfirborðs skjár dæluhlífarinnar og veggs framleiðsluhylkisins. Þegar holrýmið fyllist af sandi og agnirnar þenjast saman eykst þrýstingsfallið yfir sandpokann. Þegar þetta þrýstingsfall nær fyrirfram ákveðnu gildi opnast keilulokinn og leyfir flæði beint í gegnum inntak dælunnar. Á þessu stigi getur flæðið í gegnum rörið brotið upp sandinn sem áður hafði þenst saman meðfram ytra byrði skjásíunnar. Vegna minnkaðs þrýstingsmunar mun flæði hefjast aftur í gegnum skjáinn og inntakslokinn lokast. Þess vegna getur dælan aðeins séð flæðið beint frá lokanum í stuttan tíma. Þetta lengir líftíma dælunnar, þar sem megnið af flæðinu er vökvinn sem síaður er í gegnum sandskjáinn.
Dæluverndarkerfið var starfrækt með pakkningum í þremur mismunandi brunnum í Delaware-dalnum í Bandaríkjunum. Meginmarkmiðið er að fækka ræsingum og stöðvunum á ESP vegna ofhleðslu af völdum sands og auka ESP-framboð til að bæta framleiðslu. Dæluverndarkerfið er hengt upp í neðri enda ESP-strengsins. Niðurstöður olíubrunnsins sýna stöðuga afköst dælunnar, minni titring og straumstyrk og dæluverndartækni. Eftir uppsetningu nýja kerfisins minnkaði niðurtími vegna sands og föstra efna um 75% og líftími dælunnar jókst um meira en 22%.
Brunnur. ESP-kerfi var sett upp í nýjum bor- og sprungubrunn í Martin-sýslu í Texas. Lóðréttur hluti brunnsins er um það bil 9.000 fet og láréttur hluti hans nær niður í 12.000 fet, mælt dýpi (MD). Fyrir fyrstu tvær frágangana var sandskiljukerfi fyrir hvirfilvind niður í borholu með sex fóðrunartengingum sett upp sem óaðskiljanlegur hluti af ESP-fráganginum. Fyrir tvær uppsetningar í röð þar sem sömu gerð sandskilju var notuð, sást óstöðug hegðun ESP-rekstrarbreytnanna (straumstyrkur og titringur). Sundurgreining á dreginni ESP-einingu leiddi í ljós að hvirfilvindsgasskiljusamstæðan var stífluð af framandi efni, sem reyndist vera sandur þar sem hann er ekki segulmagnaður og hvarfast ekki efnafræðilega við sýru.
Í þriðju uppsetningunni á rafeindastýringunni (ESP) kom vírnet úr ryðfríu stáli í stað sandskiljarans sem leið til að stjórna sandskiljuninni. Eftir að nýja dæluverndarkerfið var sett upp sýndi ESP stöðugri hegðun og minnkaði sveiflur í mótorstraumi úr ~19 A fyrir uppsetningu #2 í ~6,3 A fyrir uppsetningu #3. Titringurinn er stöðugri og þróunin minnkar um 75%. Þrýstingsfallið var einnig stöðugt, sveiflaðist mjög lítið samanborið við fyrri uppsetninguna og jókst um 100 psi í viðbótarþrýstingsfalli. Ofhleðslur á ESP minnka um 100% og ESP virkar með litlum titringi.
Brunnur B. Í einum brunni nálægt Eunice í Nýju Mexíkó var annar óhefðbundinn brunnur með rafeindasvörunarkerfi (ESP) en án dæluverndar. Eftir upphaflega ræsingu fór ESP-kerfið að sýna óreglulega hegðun. Sveiflur í straumi og þrýstingi tengjast titringshækkandi breytingum. Eftir að þessum aðstæðum hafði verið viðhaldið í 137 daga bilaði ESP-kerfið og nýrri var settur upp. Önnur uppsetningin inniheldur nýtt dæluverndarkerfi með sömu ESP-stillingu. Eftir að brunnurinn hóf framleiðslu á ný virkaði ESP-kerfið eðlilega, með stöðugum straumi og minni titringi. Þegar þetta var birt hafði önnur keyrsla ESP-kerfisins náð yfir 300 daga í notkun, sem er veruleg framför frá fyrri uppsetningu.
Brunnur C. Þriðja uppsetning kerfisins á staðnum var í Mentone í Texas, af fyrirtæki sem sérhæfir sig í olíu og gasi og varð fyrir bilunum og bilunum í raforkukerfinu vegna sandframleiðslu og vildi bæta nýtingartíma dælunnar. Rekstraraðilar keyra venjulega sandskiljur niðri í borholu með fóðringu í hverjum brunni. Hins vegar, þegar fóðrið fyllist af sandi, mun skiljarinn leyfa sandinum að flæða í gegnum dæluhlutann, sem tærir dælustigið, legurnar og ásinn, sem leiðir til taps á lyftikrafti. Eftir að nýja kerfið hefur verið keyrt með dæluverndarbúnaði hefur raforkukerfið 22% lengri endingartíma með stöðugra þrýstingsfalli og betri nýtingartíma tengdum raforkukerfinu.
Fjöldi stöðvunar vegna sands og fastra efna meðan á notkun stóð minnkaði um 75%, úr 8 ofhleðslutilvikum í fyrstu uppsetningunni í tvö í þeirri seinni, og fjöldi vel heppnaðra endurræsinga eftir ofhleðslustöðvun jókst um 30%, úr 8 í fyrstu uppsetningunni. Alls voru framkvæmd 12 atvik, samtals 8 atvik, í aukauppsetningunni, sem dró úr rafmagnsálagi á búnaðinn og jók endingartíma rafsvörunarkerfisins.
Mynd 5 sýnir skyndilega aukningu á inntaksþrýstingsskilgreiningunni (blá) þegar ryðfría stálnetið er stíflað og ventilbúnaðurinn er opnaður. Þessi þrýstingsskilgreining getur bætt framleiðsluhagkvæmni enn frekar með því að spá fyrir um sandtengdar bilanir í rafeindastýringu, þannig að hægt sé að skipuleggja endurnýjunaraðgerðir með viðhaldsborpöllum.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Tilraunagreining á snúningsröri sem sandbræðslutæki fyrir niðurbreiðslur,“ SPE Paper 94673-MS, kynnt á SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasilíu, 20. júní – 23. febrúar 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Þessi grein inniheldur atriði úr SPE-grein 207926-MS, sem kynnt var á alþjóðlegu olíusýningunni í Abu Dhabi í Abú Dabí í Sameinuðu arabísku furstadæmunum, 15.-18. nóvember 2021.
Allt efni er háð ströngum höfundarréttarlögum, vinsamlegast lesið skilmála okkar, stefnu um vafrakökur og persónuverndarstefnu áður en þið notið þessa síðu.