רכיבי הגנת משאבה הוכחו כמגנים על משאבות מחול ומאריכים את החיים התפעוליים של ESP בבארות לא קונבנציונליות. פתרון זה שולט בזרימה לאחור של חול מוצק ומוצקים אחרים שעלולים לגרום לעומסי יתר ולזמן השבתה. הטכנולוגיה המאפשרת מבטלת את הבעיות הקשורות לאי ודאות בחלוקת גודל החלקיקים.
ככל שיותר ויותר בארות נפט מסתמכות על ESPs, הארכת החיים של מערכות שאיבה טבולה חשמלית (ESP) הופכת חשובה יותר. חיי הפעולה והביצועים של משאבות הרמה מלאכותיות רגישים למוצקים בנוזלים מיוצרים. חיי הפעולה והביצועים של ה-ESP ירדו באופן משמעותי עם העלייה בחלקיקים המוצקים. בנוסף, מוצקים מגדילים את תדירות ההשבתה של ה-ESP ועבודה.
חלקיקים מוצקים שזורמים לעתים קרובות דרך משאבות הרמה מלאכותיות כוללים חול היווצרות, חומרי שבירה הידראוליים, מלט וחלקיקי מתכת שחוקים או חלודה. טכנולוגיות בור למטה שנועדו להפריד בין מוצקים נעות בין ציקלונים ביעילות נמוכה לרשת תיל תלת מימדית מפלדת אל-חלד ביעילות גבוהה. נעשה שימוש טוב במערבולת תחתית במשך עשרות שנים כדי להגן על משאבות ראשוניות במשך עשרות שנים. s מחלקיקים גדולים במהלך הייצור. עם זאת, בארות לא קונבנציונליות כפופות לזרימת שבלול לסירוגין, מה שגורם לטכנולוגיה הקיימת של מפריד מערבולת למטה בבור פועלת רק לסירוגין.
הוצעו כמה וריאנטים שונים של מסכי בקרת חול משולבים ומסחי מערבולת למטה לבור כדי להגן על ESPs. עם זאת, ישנם פערים בביצועי ההגנה והייצור של כל המשאבות עקב אי הוודאות בחלוקת הגודל ובנפח המוצקים המיוצרים על ידי כל באר. אי ודאות מגדילה את אורך רכיבי בקרת החול, ובכך מקטינה את העומק הפוטנציאלי של המאגר, ומצמצמת את העומק הפוטנציאלי של ה-ESP של המאגר. כלכלת באר. עומקי הגדרה עמוקים יותר מועדפים בבארות לא קונבנציונליות. עם זאת, השימוש במסירי שיוף ובעוגני בוץ זכרים כדי לתלות מכלולי בקרת חול ארוכים וקשיחים בקטעים של מעטפת עם חומרת דוגל גבוהה, הגביל את שיפורי ESP MTBF. קורוזיה של הצינור הפנימי הוא היבט נוסף שלא זכה להערכה מספקת של צינור זה.
מחברי מאמר משנת 2005 הציגו תוצאות ניסיוניות של מפריד חול למטה המבוסס על צינור ציקלון (איור 1), שהיה תלוי בפעולת הציקלון ובכוח המשיכה, כדי להראות שיעילות ההפרדה תלויה בצמיגות השמן, קצב הזרימה וגודל החלקיקים. הם מראים שיעילות המפריד תלויה במידה רבה בקצב הזרימה המוצק של החלקיקים, תוך ירידה בקצב הזרימה המוצק של החלקיקים. , והגדלת צמיגות השמן, איור 2. עבור מפריד טיפוסי של צינורות ציקלון למטה, יעילות ההפרדה יורדת ל~10% כאשר גודל החלקיקים יורד ל~100 מיקרומטר.בנוסף, ככל שקצב הזרימה עולה, מפריד המערבולת נתון לבלאי שחיקה, אשר משפיע על השימוש בחיי הרכיבים המבניים.
האלטרנטיבה ההגיונית הבאה היא שימוש במסך בקרת חול דו מימדי עם רוחב חריץ מוגדר. גודל החלקיקים ופיזורם הם שיקולים חשובים בעת בחירת מסכים לסינון מוצקים בייצור באר קונבנציונלי או לא קונבנציונלי, אך הם עשויים להיות לא ידועים. המוצקים עשויים להגיע מהמאגר, אך הם עשויים להשתנות מעקב לעקב;לחלופין, ייתכן שהמסך יצטרך לסנן חול משבר הידראולי. בכל מקרה, העלות של איסוף מוצקים, ניתוח ובדיקה יכולה להיות עצומה.
אם מסך הצינורות הדו-ממדי אינו מוגדר כראוי, התוצאות עלולות לפגוע בכלכלה של הבאר. פתחי מסך חול קטנים מדי עלולים לגרום לסתימה מוקדמת, השבתות וצורך בעבודות תיקון. אם הם גדולים מדי, הם מאפשרים למוצקים להיכנס בחופשיות לתהליך הייצור, מה שעלול לשחית צינורות שמן, לפגוע במפרדי הרמה מלאכותיים ולמילוי משטחים מלאכותיים של החול, המצב דורש פתרון פשוט וחסכוני שיכול להאריך את חיי המשאבה ולכסות פיזור רחב של גדלי חול.
כדי לענות על צורך זה, נערך מחקר על שימוש במכלולי שסתומים בשילוב עם רשת תיל מנירוסטה, שאינה רגישה לפיזור המוצקים המתקבל. מחקרים הראו כי רשת תיל מנירוסטה בעלת גודל נקבוביות משתנה ומבנה תלת-ממדי יכולה לשלוט ביעילות על מוצקים בגדלים שונים מבלי לדעת את התפלגות גודל החלקיקים של כל המוצקים המתקבלים, ללא צורך בגודל המוצק של החול 3D. עבור סינון משני נוסף.
מכלול שסתומים המותקן בתחתית המסך מאפשר המשך הייצור עד לשליפה של ה-ESP. הוא מונע את שליפת ה-ESP מיד לאחר גישור המסך. מסך בקרת חול הנכנס ומכלול השסתומים המתקבל מגן על ESPs, משאבות הרמת מוטות והשלמות הרמת גז ממוצקים במהלך הייצור על ידי ניקוי זרימת נוזלים ומספקת פתרון חסכוני לחיים של מאגר ה-Pump להארכת חיים חסכוני.
תכנון הגנת משאבה מהדור הראשון. מכלול הגנת משאבה באמצעות מסכי צמר נירוסטה נפרס בבאר ניקוז כבידה בעזרת קיטור במערב קנדה כדי להגן על ה-ESP ממוצקים במהלך הייצור. מסכים מסננים מוצקים מזיקים מנוזל הייצור כשהוא נכנס למחרוזת הייצור. בתוך מחרוזת הייצור, נוזלים זורמים אל כניסת ה-ESP למסך ה-ESP, שבו הם מועברים למסך ה-ESP ל-Sisolation. אזור הייצור ושקע הקידוח העליון.
לאורך זמן הייצור, החלל הטבעתי בין המסך למעטפת נוטה לגשר עם חול, מה שמגביר את התנגדות הזרימה. בסופו של דבר, הטבעת מגשרת לחלוטין, עוצרת את הזרימה ויוצרת הפרש לחץ בין צינור הבאר למיתר הייצור, כפי שמוצג באיור 3. בשלב זה, נוזל לא יכול עוד לזרום אל ה-ESP ויש למשוך את מיתר ההשלמה.בהתאם למספר משתנים הקשורים לייצור מוצקים, משך הזמן הנדרש להפסקת הזרימה דרך גשר המוצקים על המסך עשוי להיות פחות מהמשך שיאפשר ל-ESP לשאוב את הנוזל העמוס במוצקים הממוצע בין תקלות לקרקע, כך שפותח הדור השני של רכיבים.
מכלול הגנת המשאבה מהדור השני. מסך בקרת חול כניסת PumpGuard* ומערכת מכלול השסתומים תלויים מתחת למשאבת REDA* באיור 4, דוגמה להשלמה לא קונבנציונלית של ESP. ברגע שהבאר מייצרת, המסך מסנן את המוצקים בייצור, אך יתחיל לגשר לאט עם החול וליצור הפרש הלחץ של השסתומים, ומאפשר את הפרש הלחץ של השסתומים, ומאפשר את הפרש הלחץ של השסתום. לזרום ישירות לתוך מיתר הצינורות אל ה-ESP. זרימה זו משווה את הפרש הלחץ על פני המסך, ומשחררת את אחיזת שקי החול בצד החיצוני של המסך. חול חופשי לפרוץ החוצה מהטבעת, מה שמפחית את התנגדות הזרימה דרך המסך ומאפשר לזרימה להתחדש. כשהלחץ ההפרש יורד, השסתום חוזר למצבו הסגור ומצב הזרימה הרגיל של ה-ESP חוזר ליציאתו. מחקרי המקרה המודגשים במאמר זה מוכיחים שהמערכת מסוגלת להאריך משמעותית את חיי המשאבה בהשוואה להשלמת סינון הפעלה בלבד.
עבור ההתקנה האחרונה, הוצג פתרון מונחה עלות לבידוד שטח בין רשת התיל מפלדת אל-חלד לבין ה-ESP. אריזת כוסות הפונה כלפי מטה מותקנת מעל חלקת המסך. מעל לאריזת הכוסות, נקבים נוספים של הצינור המרכזי מספקים נתיב זרימה לנוזל המופק לנדוד מחלקו הפנימי של המסך אל החלל הטבעתי שמעל לאריזה, היכן שה-ESP יכול להיכנס לאריזה.
מסנן רשת התיל מפלדת אל-חלד שנבחר עבור פתרון זה מציע מספר יתרונות על פני סוגי רשת דו-ממדית מבוססי-פער. מסנני 2D מסתמכים בעיקר על חלקיקים המשתרעים על פערי סינון או חריצים כדי לבנות שקי חול ולספק בקרת חול. עם זאת, מכיוון שניתן לבחור רק ערך מרווח בודד עבור המסך, המסך הופך לרגיש מאוד לפיזור גודל החלקיקים של הנוזל המופק.
לעומת זאת, מצע הרשת העבה של מסנני רשת תיל מנירוסטה מספקת נקבוביות גבוהה (92%) ושטח זרימה פתוחה גדולה (40%) לנוזל צינור הקידוח המיוצר. המסנן נבנה על ידי דחיסה של רשת צמר נירוסטה ועטיפה ישירות סביב צינור מרכזי מחורר, ולאחר מכן עוטף אותו בתוך קצה צינור המגן המחורר בקצה הצינור המחורר. הכיוון הזוויתי הלא אחיד (הנע בין 15 מיקרומטר ל-600 מיקרון) מאפשר לזרום עדינים לא מזיקים לאורך נתיב זרימה תלת מימדית לעבר הצינור המרכזי לאחר שחלקיקים גדולים ומזיקים נלכדים בתוך הרשת. בדיקות החזקת חול על דגימות של מסננת זו הוכיחו שהמסנן שומר על חדירות גבוהה דרך המסנן הבודד, מכיוון שהמסנן שומר על חדירות גבוהה דרך המסנן. התפלגות גודל חלקיקים של נוזלים מיוצרים נתקלו. מסך צמר נירוסטה זה פותח על ידי מפעיל גדול בשנות ה-80 במיוחד עבור השלמות מסך עצמאיות במאגרים מעוררי קיטור ויש לו רקורד נרחב של התקנות מוצלחות.
מכלול השסתומים מורכב משסתום קפיצי המאפשר זרימה חד-כיוונית לתוך מיתר הצינורות מאזור הייצור. על ידי התאמת עומס קפיץ הסליל לפני ההתקנה, ניתן להתאים את השסתום כדי להשיג את לחץ הפיצוח הרצוי עבור היישום. בדרך כלל, שסתום מופעל מתחת לרשת הנירוסטה כדי לספק נתיב זרימה משני בין המאגרים ל-mesh ובמקרים מרובים של שסתומים ו-ESP. השסתום האמצעי בעל לחץ פיצוח נמוך יותר מהשסתום הנמוך ביותר.
עם הזמן, חלקיקי היווצרות ממלאים את האזור הטבעתי בין המשטח החיצוני של מסך מגן מגן המשאבה לדופן מעטפת הייצור. ככל שהחלל מתמלא בחול והחלקיקים מתגבשים, ירידת הלחץ על פני שק החול גדלה. כאשר נפילת לחץ זו מגיעה לערך מוגדר מראש, שסתום החרוט נפתח ומאפשר זרימה ישירה דרך כניסת המשאבה הקודמת דרך כניסת המשאבה הזו, דרך כניסת החול שנכנסה קודם לכן. מסנן המסך.בשל הפרש הלחץ המופחת, הזרימה תתחדש דרך המסך ושסתום היניקה ייסגר.לכן, המשאבה יכולה לראות את הזרימה ישירות מהשסתום רק לפרק זמן קצר. הדבר מאריך את חיי המשאבה, שכן רוב הזרימה היא הנוזל המסונן דרך מסך החול.
מערכת הגנת המשאבה הופעלה עם אורזים בשלוש בארות שונות באגן דלאוור בארה"ב. המטרה העיקרית היא לצמצם את מספר ההתחלות והעצירות של ESP עקב עומסי יתר הקשורים לחול ולהגדיל את זמינות ה-ESP לשיפור הייצור. מערכת הגנת המשאבה תלויה מהקצה התחתון של מיתר ה-ESP. התוצאות של באר הנפט מציגות את ביצועי טכנולוגיית ההגנה הנוכחית של החול המוצקים, הפחתת והתקנת זמן המשאבה, הפחתת והתקנת זמן המשאבה. הופחת ב-75% וחיי המשאבה גדלו ביותר מ-22%.
באר. מערכת ESP הותקנה בבאר קידוח ושבירה חדשה במחוז מרטין, טקסס. החלק האנכי של הבאר הוא כ-9,000 רגל והחלק האופקי משתרע ל-12,000 רגל, עומק נמדד (MD). עבור שתי ההשלמות הראשונות, הותקנה מערכת מפרדת חול במערבולת למטה עם שישה חיבורי ספינות בשילוב של שני חיבורי ESP. של מפריד חול, נצפתה התנהגות לא יציבה של פרמטרי ההפעלה של ה-ESP (עוצמת זרם ורטט). ניתוח פירוק של יחידת ה-ESP הנשלפת העלה שמכלול מפריד גז המערבולת היה סתום בחומר זר, שנקבע כחול מכיוון שהוא לא מגנטי ואינו מגיב כימית עם חומצה.
בהתקנת ה-ESP השלישית, רשת תיל מנירוסטה החליפה את מפריד החול כאמצעי לבקרת חול ESP. לאחר התקנת מערכת הגנת המשאבה החדשה, ה-ESP הפגין התנהגות יציבה יותר, והפחיתה את טווח תנודות זרם המנוע מ-19 A עבור התקנה #2 ל-~6.3 A עבור התקנה #3. הרטט יציב יותר והמגמה ירדה גם בהתקנה 75%. ירידה נוספת בלחץ של 100 psi. השבתות עומס יתר של ESP מופחתות ב-100% וה-ESP פועל עם רטט נמוך.
באר B. בבאר אחת ליד Eunice, ניו מקסיקו, באר לא קונבנציונלית אחרת הותקן ESP אך ללא הגנת משאבה. לאחר ירידת האתחול הראשונית, ה-ESP החל להפגין התנהגות לא יציבה. תנודות בזרם ובלחץ קשורות לקוצים ברטט. לאחר שמירה על תנאים אלה במשך 137 ימים, ה-ESP נכשל והחלפה הותקנה עם מערכת ההגנה של ה-ESP עם אותה מערכת הגנה, התקנת ה-ESP. ESP פעל כרגיל, עם זרם יציב ופחות רעידות. בזמן הפרסום, ההפעלה השנייה של ESP הגיעה ליותר מ-300 ימי פעולה, שיפור משמעותי בהשוואה להתקנה הקודמת.
באר C. ההתקנה השלישית באתר של המערכת הייתה ב- Mentone, טקסס, על ידי חברת נפט וגז מתמחה שחוותה הפסקות וכשלים ב-ESP עקב ייצור חול ורצתה לשפר את זמן הפעולה של המשאבה. המפעילים מפעילים בדרך כלל מפרידי חול למטה עם ריפוד בכל באר ESP. עם זאת, ברגע שהספה מתמלאת בחול, המפריד יאפשר לחול לזרום דרך קטע המשאבה, תוצאה של זרימה של המשאבה, מזרימה, מזרימה ופיר. לאחר הפעלת המערכת החדשה עם מגן המשאבה, ל-ESP יש חיי פעולה ארוכים ב-22% עם ירידת לחץ יציבה יותר וזמן פעולה טוב יותר הקשור ל-ESP.
מספר ההשבתות הקשורות לחול ומוצקים במהלך הפעולה ירד ב-75%, מ-8 אירועי עומס יתר בהתקנה הראשונה לשניים בהתקנה השנייה, ומספר ההפעלה מחדש המוצלחת לאחר השבתת עומס יתר גדל ב-30%, מ-8 בהתקנה הראשונה.סך של 12 אירועים, בסך הכל 8 אירועים, בוצעו בהתקנה המשנית, הפחתת עומס חשמלי על הציוד והגדלת חיי התפעול של ה-ESP.
איור 5 מציג את העלייה הפתאומית בחתימת לחץ היניקה (כחול) כאשר רשת הנירוסטה חסומה ומכלול השסתום נפתח. חתימת לחץ זו יכולה לשפר עוד יותר את יעילות הייצור על ידי חיזוי כשלי ESP הקשורים לחול, כך שניתן לתכנן פעולות החלפה עם אסדות עבודה.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "ניתוח ניסיוני של צינור סחרור כמכשיר לניקוי חור למטה," SPE Paper 94673-MS, הוצג בכנס SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering, ריו דה ז'ניירו, ברזיל, 20 ביוני - 23 בפברואר, 2005.https://1042.7.
מאמר זה מכיל אלמנטים ממאמר SPE 207926-MS, שהוצג בתערוכת הנפט הבינלאומית של אבו דאבי ובכנס באבו דאבי, איחוד האמירויות הערביות, 15-18 בנובמבר 2021.
כל החומרים כפופים לחוקי זכויות יוצרים שנאכפים בקפדנות, אנא קרא את התנאים וההגבלות, מדיניות העוגיות ומדיניות הפרטיות שלנו לפני השימוש באתר זה.