È stato dimostrato che i componenti di protezione della pompa proteggono le pompe dalla sabbia e prolungano la vita operativa degli ESP in pozzi non convenzionali. Questa soluzione controlla il riflusso di frac sand e altri solidi che possono causare sovraccarichi e tempi di inattività. La tecnologia abilitante elimina i problemi associati all'incertezza della distribuzione delle dimensioni delle particelle.
Poiché sempre più pozzi petroliferi si affidano agli ESP, l'estensione della durata dei sistemi di pompaggio elettrico sommergibile (ESP) diventa sempre più importante. La vita operativa e le prestazioni delle pompe di sollevamento artificiale sono sensibili ai solidi nei fluidi prodotti. La vita operativa e le prestazioni dell'ESP sono diminuite in modo significativo con l'aumento delle particelle solide.
Le particelle solide che spesso scorrono attraverso le pompe di sollevamento artificiale includono sabbia di formazione, puntelli di fratturazione idraulica, cemento e particelle metalliche erose o corrose. Le tecnologie di fondo pozzo progettate per separare i solidi vanno dai cicloni a bassa efficienza alla rete metallica in acciaio inossidabile 3D ad alta efficienza. la tecnologia del separatore tex funziona solo in modo intermittente.
Diverse varianti di schermi di controllo della sabbia combinati e dissabbiatori a vortice a fondo pozzo sono state proposte per proteggere gli ESP. Tuttavia, ci sono lacune nella protezione e nelle prestazioni di produzione di tutte le pompe a causa dell'incertezza nella distribuzione delle dimensioni e nel volume dei solidi prodotti da ciascun pozzo. , l'uso di dissabbiatori e ancoraggi per fango con tappo maschio per sospendere gruppi di controllo della sabbia lunghi e rigidi nelle sezioni dell'involucro con miglioramenti dell'MTBF ESP limitati a dogleg ad alta gravità. La corrosione della camera d'aria è un altro aspetto di questo progetto che non è stato adeguatamente valutato.
Gli autori di un documento del 2005 hanno presentato i risultati sperimentali di un separatore di sabbia a fondo pozzo basato su un tubo ciclonico (Figura 1), che dipendeva dall'azione del ciclone e dalla gravità, per dimostrare che l'efficienza di separazione dipende dalla viscosità dell'olio, dalla portata e dalla dimensione delle particelle. Mostrano che l'efficienza del separatore dipende in gran parte dalla velocità terminale delle particelle. r, l'efficienza di separazione scende a ~ 10% quando la dimensione delle particelle scende a ~ 100 µm.Inoltre, all'aumentare della portata, il separatore a vortice è soggetto a usura per erosione, che influisce sull'uso della vita dei componenti strutturali.
La successiva alternativa logica consiste nell'utilizzare un vaglio di controllo della sabbia 2D con una larghezza della fessura definita. La dimensione e la distribuzione delle particelle sono considerazioni importanti quando si selezionano i vagli per filtrare i solidi nella produzione di pozzi convenzionali o non convenzionali, ma potrebbero essere sconosciuti. I solidi possono provenire dal serbatoio, ma possono variare da tallone a tallone;in alternativa, il vaglio potrebbe dover filtrare la sabbia dalla fratturazione idraulica. In entrambi i casi, il costo della raccolta, dell'analisi e dei test dei solidi può essere proibitivo.
Se il vaglio dei tubi 2D non è configurato correttamente, i risultati possono compromettere l'economia del pozzo. Le aperture del vaglio di sabbia troppo piccole possono causare ostruzioni premature, arresti e la necessità di interventi correttivi. distribuzione delle dimensioni della sabbia.
Per soddisfare questa esigenza, è stato condotto uno studio sull'uso di gruppi valvola in combinazione con rete metallica in acciaio inossidabile, che è insensibile alla distribuzione dei solidi risultanti. Gli studi hanno dimostrato che la rete metallica in acciaio inossidabile con dimensione dei pori variabile e struttura 3D può controllare efficacemente solidi di varie dimensioni senza conoscere la distribuzione granulometrica dei solidi risultanti. La rete metallica in acciaio inossidabile 3D può controllare efficacemente i granelli di sabbia di tutte le dimensioni, senza la necessità di una filtrazione secondaria aggiuntiva.
Un gruppo valvola montato sulla parte inferiore del vaglio consente di continuare la produzione fino a quando l'ESP non viene estratto. Impedisce il recupero dell'ESP immediatamente dopo che il vaglio è stato collegato. Il risultante gruppo valvola e filtro di controllo della sabbia in ingresso protegge gli ESP, le pompe di sollevamento dell'asta e i completamenti del sollevamento del gas dai solidi durante la produzione pulendo il flusso del fluido e fornisce una soluzione economica per prolungare la durata della pompa senza dover adattare le caratteristiche del serbatoio per le diverse situazioni.
Progettazione di protezione della pompa di prima generazione. Un gruppo di protezione della pompa che utilizza schermi di lana di acciaio inossidabile è stato installato in un pozzo di drenaggio a gravità assistito da vapore nel Canada occidentale per proteggere l'ESP dai solidi durante la produzione. Gli schermi filtrano i solidi nocivi dal fluido di produzione quando entra nella stringa di produzione. All'interno della stringa di produzione, i fluidi scorrono verso l'ingresso dell'ESP, dove vengono pompati in superficie.
Nel corso del tempo di produzione, lo spazio anulare tra lo schermo e l'involucro tende a creare un ponte con la sabbia, il che aumenta la resistenza al flusso. Alla fine, l'anello fa da ponte completamente, interrompe il flusso e crea un differenziale di pressione tra il pozzo e la stringa di produzione, come mostrato nella Figura 3. A questo punto, il fluido non può più fluire verso l'ESP e la stringa di completamento deve essere tirata.A seconda di una serie di variabili relative alla produzione di solidi, la durata necessaria per arrestare il flusso attraverso il ponte di solidi sullo schermo può essere inferiore alla durata che consentirebbe all'ESP di pompare a terra il tempo medio di fluido carico di solidi tra i guasti, quindi è stata sviluppata la seconda generazione di componenti.
Il gruppo di protezione della pompa di seconda generazione. Il sistema di controllo della sabbia e del gruppo valvola di ingresso PumpGuard* è sospeso sotto la pompa REDA* nella Figura 4, un esempio di completamento ESP non convenzionale. Una volta che il pozzo sta producendo, il filtro filtra i solidi in produzione, ma inizierà lentamente a creare un ponte con la sabbia e creare un differenziale di pressione. presa dei sacchi di sabbia all'esterno del filtro. La sabbia è libera di fuoriuscire dall'anello, il che riduce la resistenza al flusso attraverso il filtro e consente la ripresa del flusso. Quando la pressione differenziale diminuisce, la valvola ritorna nella sua posizione chiusa e le normali condizioni di flusso riprendono. Ripetere questo ciclo fino a quando non è necessario estrarre l'ESP dal foro per la manutenzione.
Per la recente installazione, è stata introdotta una soluzione economica per l'isolamento dell'area tra la rete metallica in acciaio inossidabile e l'ESP. Un packer a tazza rivolto verso il basso è montato sopra la sezione del filtro. Sopra il packer a tazza, ulteriori perforazioni del tubo centrale forniscono un percorso di flusso per il fluido prodotto per migrare dall'interno del filtro allo spazio anulare sopra il packer, dove il fluido può entrare nell'ingresso dell'ESP.
Il filtro in rete metallica in acciaio inossidabile scelto per questa soluzione offre numerosi vantaggi rispetto ai tipi di mesh 2D basati su gap. I filtri 2D si basano principalmente su particelle che attraversano gli spazi o le fessure del filtro per costruire sacchi di sabbia e fornire il controllo della sabbia. Tuttavia, poiché è possibile selezionare un solo valore di gap per lo schermo, lo schermo diventa altamente sensibile alla distribuzione delle dimensioni delle particelle del fluido prodotto.
Al contrario, lo spesso letto a rete dei filtri a rete metallica in acciaio inossidabile fornisce un'elevata porosità (92%) e un'ampia area di flusso aperto (40%) per il fluido del pozzo prodotto. Il filtro è costruito comprimendo una rete in tessuto non tessuto di acciaio inossidabile e avvolgendola direttamente attorno a un tubo centrale perforato, quindi incapsulandolo all'interno di una copertura protettiva perforata che è saldata al tubo centrale a ciascuna estremità. fini innocui per scorrere lungo un percorso di flusso 3D verso il tubo centrale dopo che le particelle più grandi e dannose sono state intrappolate all'interno della rete. I test di ritenzione della sabbia sui campioni di questo setaccio hanno dimostrato che il filtro mantiene un'elevata permeabilità perché il fluido viene generato attraverso il setaccio. In effetti, questo filtro a "dimensione singola" è in grado di gestire tutte le distribuzioni granulometriche dei fluidi prodotti incontrati. record di installazioni riuscite.
Il gruppo valvola è costituito da una valvola caricata a molla che consente il flusso unidirezionale nella stringa di tubi dall'area di produzione. Regolando il precarico della molla elicoidale prima dell'installazione, la valvola può essere personalizzata per ottenere la pressione di apertura desiderata per l'applicazione. In genere, una valvola viene fatta passare sotto la rete metallica in acciaio inossidabile per fornire un percorso di flusso secondario tra il serbatoio e l'ESP. In alcuni casi, più valvole e reti in acciaio inossidabile funzionano in serie, con la valvola centrale che ha una pressione di apertura inferiore rispetto alla valvola più bassa.
Nel corso del tempo, le particelle di formazione riempiono l'area anulare tra la superficie esterna dello schermo del gruppo di protezione della pompa e la parete dell'involucro di produzione. Man mano che la cavità si riempie di sabbia e le particelle si consolidano, la caduta di pressione attraverso il sacco di sabbia aumenta. Quando questa caduta di pressione raggiunge un valore preimpostato, la valvola a cono si apre e consente il flusso direttamente attraverso l'ingresso della pompa. In questa fase, il flusso attraverso il tubo è in grado di rompere la sabbia precedentemente consolidata lungo l'esterno del filtro a rete. Pertanto, la pompa può vedere il flusso direttamente dalla valvola solo per un breve periodo di tempo. Ciò prolunga la vita della pompa, poiché la maggior parte del flusso è il fluido filtrato attraverso il filtro a sabbia.
Il sistema di protezione della pompa è stato utilizzato con packer in tre diversi pozzi nel bacino del Delaware negli Stati Uniti. L'obiettivo principale è ridurre il numero di avvii e arresti dell'ESP dovuti a sovraccarichi legati alla sabbia e aumentare la disponibilità dell'ESP per migliorare la produzione. Il sistema di protezione della pompa è sospeso all'estremità inferiore della stringa ESP. %.
Un pozzo. Un sistema ESP è stato installato in un nuovo pozzo di perforazione e fratturazione nella Contea di Martin, Texas. La parte verticale del pozzo è di circa 9.000 piedi e la parte orizzontale si estende fino a 12.000 piedi, profondità misurata (MD). Per i primi due completamenti, è stato installato un sistema di separazione della sabbia a vortice con sei connessioni di rivestimento come parte integrante del completamento ESP. L'analisi di smontaggio dell'unità ESP tirata ha rivelato che il gruppo del separatore di gas a vortice era ostruito da materiale estraneo, che è stato determinato essere sabbia perché non è magnetico e non reagisce chimicamente con l'acido.
Nella terza installazione dell'ESP, la rete metallica in acciaio inossidabile ha sostituito il separatore di sabbia come mezzo di controllo della sabbia dell'ESP. Dopo l'installazione del nuovo sistema di protezione della pompa, l'ESP ha mostrato un comportamento più stabile, riducendo l'intervallo delle fluttuazioni della corrente del motore da ~19 A per l'installazione n. 2 a ~6,3 A per l'installazione n. del 100% e l'ESP funziona con basse vibrazioni.
Pozzo B. In un pozzo vicino a Eunice, New Mexico, un altro pozzo non convenzionale aveva un ESP installato ma nessuna protezione della pompa. Dopo l'avvio iniziale, l'ESP ha iniziato a mostrare un comportamento irregolare. Le fluttuazioni della corrente e della pressione sono associate a picchi di vibrazione. Dopo aver mantenuto queste condizioni per 137 giorni, l'ESP si è guastato ed è stata installata una sostituzione. la seconda esecuzione di ESP aveva raggiunto oltre 300 giorni di funzionamento, un miglioramento significativo rispetto all'installazione precedente.
Pozzo C. La terza installazione in loco del sistema è stata effettuata a Mentone, in Texas, da un'azienda specializzata nel settore petrolifero e del gas che ha subito interruzioni e guasti all'ESP a causa della produzione di sabbia e desiderava migliorare i tempi di attività della pompa. Gli operatori in genere utilizzano separatori di sabbia a fondo pozzo con rivestimento in ciascun pozzo ESP. Vita operativa più lunga del 22% con una caduta di pressione più stabile e un migliore tempo di attività correlato all'ESP.
Il numero di arresti dovuti a sabbia e solidi durante il funzionamento è diminuito del 75%, da 8 eventi di sovraccarico nella prima installazione a due nella seconda installazione, e il numero di riavvii riusciti dopo l'arresto per sovraccarico è aumentato del 30%, da 8 nella prima installazione.Nell'installazione secondaria sono stati eseguiti un totale di 12 eventi, per un totale di 8 eventi, riducendo lo stress elettrico sulle apparecchiature e aumentando la vita operativa dell'ESP.
La Figura 5 mostra l'improvviso aumento dell'impronta della pressione di aspirazione (blu) quando la rete in acciaio inossidabile è bloccata e il gruppo valvola è aperto. Questa firma della pressione può migliorare ulteriormente l'efficienza produttiva prevedendo i guasti dell'ESP legati alla sabbia, quindi è possibile pianificare operazioni di sostituzione con impianti di workover.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device,” SPE Paper 94673-MS, presentato alla SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasile, 20 giugno – 23 febbraio 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Questo articolo contiene elementi del documento SPE 207926-MS, presentato all'Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference ad Abu Dhabi, Emirati Arabi Uniti, 15-18 novembre 2021.
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