Ir pierādīts, ka sūkņu aizsardzības komponenti aizsargā sūkņus no smiltīm un pagarina ESP ekspluatācijas laiku netradicionālās akās. Šis risinājums kontrolē hidrauliskās plēšanas smilšu un citu cietvielu pretplūsmu, kas var izraisīt pārslodzi un dīkstāvi. Šī tehnoloģija novērš problēmas, kas saistītas ar daļiņu izmēra sadalījuma nenoteiktību.
Tā kā arvien vairāk naftas urbumu paļaujas uz ESP (elektrostatiskajiem spiediena sensoriem), arvien svarīgāk ir pagarināt elektrisko iegremdējamo sūknēšanas (ESP) sistēmu kalpošanas laiku. Mākslīgo pacelšanas sūkņu ekspluatācijas laiks un veiktspēja ir jutīga pret cietajām daļiņām saražotajos šķidrumos. ESP ekspluatācijas laiks un veiktspēja ievērojami samazinājās, palielinoties cieto daļiņu daudzumam. Turklāt cietās daļiņas palielina urbumu dīkstāves laiku un pārbūves biežumu, kas nepieciešams, lai nomainītu ESP.
Cietās daļiņas, kas bieži plūst caur mākslīgiem pacelšanas sūkņiem, ietver formācijas smiltis, hidrauliskās plēšanas palīgmateriālus, cementu un erodētas vai korodējušas metāla daļiņas. Dziļurbumu tehnoloģijas, kas paredzētas cietvielu atdalīšanai, ir dažādas, sākot no zemas efektivitātes cikloniem līdz augstas efektivitātes 3D nerūsējošā tērauda stiepļu sietam. Dziļurbumu virpuļfiltri tradicionālajās akās tiek izmantoti jau gadu desmitiem, un tos galvenokārt izmanto, lai aizsargātu sūkņus no lielām daļiņām ražošanas laikā. Tomēr netradicionālās akas ir pakļautas periodiskai gliemežu plūsmai, kā rezultātā esošā dziļurbumu virpuļfiltru tehnoloģija darbojas tikai periodiski.
Ir ierosināti vairāki dažādi kombinētu smilšu kontroles sietu un vertikālo virpuļveida atdalīšanas ierīču varianti, lai aizsargātu ESP. Tomēr visu sūkņu aizsardzības un ražošanas veiktspējā pastāv nepilnības, jo katra urbuma saražoto cietvielu izmēru sadalījums un apjoms nav precīzi. Nenoteiktība palielina smilšu kontroles komponentu garumu, tādējādi samazinot ESP uzstādīšanas dziļumu, ierobežojot ESP rezervuāra noslīdēšanas potenciālu un negatīvi ietekmējot urbuma ekonomiku. Dziļāki uzstādīšanas dziļumi ir vēlamāki netradicionālās urbumos. Tomēr atdalīšanas ierīču un dubļu enkuru ar vīriešu aizbāžņiem izmantošana garu, stingru smilšu kontroles mezglu piekarināšanai korpusa sekcijās ar augstu saspiešanas pakāpi ierobežo ESP MTBF uzlabojumus. Iekšējās caurules korozija ir vēl viens šīs konstrukcijas aspekts, kas nav pienācīgi novērtēts.
2005. gada raksta autori prezentēja eksperimentālus rezultātus par vertikālu smilšu separatoru, kura pamatā ir ciklona caurule (1. attēls), kas ir atkarīgs no ciklona darbības un gravitācijas, lai parādītu, ka atdalīšanas efektivitāte ir atkarīga no eļļas viskozitātes, plūsmas ātruma un daļiņu izmēra. Tie parāda, ka separatora efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no daļiņu gala ātruma. Atdalīšanas efektivitāte samazinās, samazinoties plūsmas ātrumam, samazinoties cieto daļiņu izmēram un palielinoties eļļas viskozitātei (2. attēls). Tipiska ciklona caurules vertikāla separatora atdalīšanas efektivitāte samazinās līdz ~10 %, daļiņu izmēram samazinoties līdz ~100 µm. Turklāt, palielinoties plūsmas ātrumam, virpuļseparators ir pakļauts erozijas nodilumam, kas ietekmē konstrukcijas elementu kalpošanas laiku.
Nākamā loģiskā alternatīva ir izmantot 2D smilšu kontroles sietu ar noteiktu spraugas platumu. Daļiņu izmērs un sadalījums ir svarīgi apsvērumi, izvēloties sietus cietvielu filtrēšanai tradicionālā vai netradicionālā urbuma ražošanā, taču tie var nebūt zināmi. Cietvielas var nākt no rezervuāra, taču tās var atšķirties no papēža līdz papēžam; alternatīvi, sietam var būt jāfiltrē smiltis no hidrauliskās plēšanas. Jebkurā gadījumā cietvielu savākšanas, analīzes un testēšanas izmaksas var būt pārāk augstas.
Ja 2D cauruļu siets nav pareizi konfigurēts, rezultāti var apdraudēt urbuma ekonomiskos rādītājus. Pārāk mazas smilšu sieta atveres var izraisīt priekšlaicīgu aizsērēšanu, apstāšanās un nepieciešamību pēc koriģējošiem remontdarbiem. Ja tās ir pārāk lielas, tās ļauj cietvielām brīvi iekļūt ražošanas procesā, kas var korodēt naftas caurules, sabojāt mākslīgos pacelšanas sūkņus, izskalot virsmas aizsprostojumus un piepildīt virsmas separatorus, kam nepieciešama smilšu strūklas apstrāde un utilizācija. Šī situācija prasa vienkāršu, izmaksu ziņā efektīvu risinājumu, kas var pagarināt sūkņa kalpošanas laiku un aptvert plašu smilšu izmēru sadalījumu.
Lai apmierinātu šo vajadzību, tika veikts pētījums par vārstu mezglu izmantošanu kombinācijā ar nerūsējošā tērauda stiepļu sietu, kas nav jutīgs pret iegūto cietvielu sadalījumu. Pētījumi ir parādījuši, ka nerūsējošā tērauda stiepļu siets ar mainīgu poru izmēru un 3D struktūru var efektīvi kontrolēt dažāda izmēra cietvielas, nezinot iegūto cietvielu daļiņu izmēra sadalījumu. 3D nerūsējošā tērauda stiepļu siets var efektīvi kontrolēt visu izmēru smilšu graudus, bez nepieciešamības pēc papildu sekundārās filtrācijas.
Sieta apakšdaļā uzstādītais vārsta mezgls ļauj turpināt ražošanu, līdz tiek izņemts ESP. Tas novērš ESP izņemšanu tūlīt pēc sieta savienošanas. Iegūtais ieplūdes smilšu kontroles siets un vārsta mezgls aizsargā ESP, stieņu pacelšanas sūkņus un gāzes pacelšanas komplektus no cietvielām ražošanas laikā, attīrot šķidruma plūsmu, un nodrošina rentablu risinājumu sūkņa kalpošanas laika pagarināšanai, nepielāgojot rezervuāra raksturlielumus dažādām situācijām.
Pirmās paaudzes sūkņa aizsardzības konstrukcija. Rietumkanādā tvaika akā tika uzstādīts sūkņa aizsardzības mezgls, kurā izmantoti nerūsējošā tērauda vates sieti, lai ražošanas laikā aizsargātu elektrostatisko nosūcēju (ESP) no cietvielām. Sieti filtrē kaitīgas cietvielas no ražošanas šķidruma, kad tas nonāk ražošanas līnijā. Ražošanas līnijā šķidrumi plūst uz ESP ieplūdi, kur tie tiek iesūknēti virszemē. Starp sietu un ESP var uzstādīt blīvētājus, lai nodrošinātu zonālu izolāciju starp ražošanas zonu un augšējo urbumu.
Ražošanas laikā gredzenveida telpa starp sietu un apvalku mēdz pārklāties ar smiltīm, kas palielina plūsmas pretestību. Galu galā gredzenveida telpa pilnībā pārklājas, aptur plūsmu un rada spiediena starpību starp urbumu un ražošanas līniju, kā parādīts 3. attēlā. Šajā brīdī šķidrums vairs nevar plūst uz ESP, un ir jāizvelk pabeigšanas līnija. Atkarībā no vairākiem mainīgajiem lielumiem, kas saistīti ar cietvielu ražošanu, laiks, kas nepieciešams, lai apturētu plūsmu caur cietvielu tiltu uz sieta, var būt mazāks par laiku, kas ļautu ESP sūknēt ar cietvielām piesātināto šķidrumu zemē vidējā laikā starp atteicēm, tāpēc tika izstrādātas otrās paaudzes komponentes.
Otrās paaudzes sūkņa aizsardzības mezgls. PumpGuard* ieplūdes smilšu kontroles sieta un vārsta mezgla sistēma ir piekārta zem REDA* sūkņa 4. attēlā, kas ir netradicionālas ESP pabeigšanas piemērs. Kad urbums sāk ražot, siets filtrē ražošanas procesā esošās cietās vielas, bet sāk lēnām savienoties ar smiltīm un radīt spiediena starpību. Kad šis spiediena starpība sasniedz vārsta iestatīto plaisāšanas spiedienu, vārsts atveras, ļaujot šķidrumam tieši ieplūst cauruļu virknē uz ESP. Šī plūsma izlīdzina spiediena starpību visā sietā, atslābinot smilšu maisu satvērienu sieta ārpusē. Smiltis var brīvi izlauzties no gredzena, kas samazina plūsmas pretestību caur sietu un ļauj atsākt plūsmu. Kad spiediena starpība samazinās, vārsts atgriežas aizvērtā stāvoklī un atjaunojas normāli plūsmas apstākļi. Atkārtojiet šo ciklu, līdz ir nepieciešams izvilkt ESP no urbuma apkopei. Šajā rakstā izceltie gadījumu pētījumi parāda, ka sistēma spēj ievērojami pagarināt sūkņa kalpošanas laiku, salīdzinot ar sijāšanas pabeigšanu vien.
Nesenajā instalācijā tika ieviests izmaksu ziņā pamatots risinājums zonas izolācijai starp nerūsējošā tērauda stiepļu sietu un ESP. Virs sieta sekcijas ir uzstādīts uz leju vērsts kausveida blīvētājs. Virs kausveida blīvētāja papildu centrālās caurules perforācijas nodrošina plūsmas ceļu saražotajam šķidrumam migrēt no sieta iekšpuses uz gredzenveida telpu virs blīvētāja, kur šķidrums var iekļūt ESP ieplūdes atverē.
Šim risinājumam izvēlētais nerūsējošā tērauda stiepļu sieta filtrs piedāvā vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar 2D sietu tipiem, kuru pamatā ir spraugas. 2D filtri galvenokārt izmanto daļiņas, kas šķērso filtra spraugas vai gropes, lai izveidotu smilšu maisus un nodrošinātu smilšu kontroli. Tomēr, tā kā sietam var izvēlēties tikai vienu spraugas vērtību, siets kļūst ļoti jutīgs pret saražotā šķidruma daļiņu izmēra sadalījumu.
Turpretī biezais nerūsējošā tērauda stiepļu sieta filtru siets nodrošina augstu porainību (92%) un lielu atvērto plūsmas laukumu (40%) saražotajam urbuma šķidrumam. Filtrs ir konstruēts, saspiežot nerūsējošā tērauda vilnas sietu un aptinot to tieši ap perforētu centrālo cauruli, pēc tam iekapsulējot to perforētā aizsargapvalkā, kas katrā galā ir piemetināts pie centrālās caurules. Poru sadalījums sieta slānī, nevienmērīgā leņķiskā orientācija (no 15 µm līdz 600 µm) ļauj nekaitīgām smalkām daļiņām plūst pa 3D plūsmas ceļu uz centrālo cauruli pēc tam, kad lielākas un kaitīgas daļiņas ir iesprostotas sietā. Smilšu aiztures testi ar šī sieta paraugiem parādīja, ka filtrs saglabā augstu caurlaidību, jo šķidrums tiek ģenerēts caur sietu. Faktiski šis viena "izmēra" filtrs var apstrādāt visus saražoto šķidrumu daļiņu izmēru sadalījumus. Šo nerūsējošā tērauda vates sietu 20. gadsimta 80. gados izstrādāja liels operators īpaši autonomiem sietu komplektiem tvaika stimulētās rezervuāros, un tam ir plaša veiksmīgas uzstādīšanas pieredze.
Vārsta mezgls sastāv no atsperes vārsta, kas nodrošina vienvirziena plūsmu cauruļu virknē no ražošanas zonas. Pielāgojot spirālatsperes priekšspriegumu pirms uzstādīšanas, vārstu var pielāgot, lai sasniegtu vēlamo plaisāšanas spiedienu konkrētajam pielietojumam. Parasti vārsts tiek novietots zem nerūsējošā tērauda stiepļu sieta, lai nodrošinātu sekundāru plūsmas ceļu starp rezervuāru un ESP. Dažos gadījumos vairāki vārsti un nerūsējošā tērauda sieti darbojas virknē, vidējam vārstam ir zemāks plaisāšanas spiediens nekā zemākajam vārstam.
Laika gaitā veidošanās daļiņas aizpilda gredzenveida laukumu starp sūkņa aizsarga mezgla sieta ārējo virsmu un ražošanas korpusa sienu. Kad dobums piepildās ar smiltīm un daļiņas sablīvējas, spiediena kritums pāri smilšu maisam palielinās. Kad šis spiediena kritums sasniedz iepriekš iestatītu vērtību, konusa vārsts atveras un ļauj plūsmai tieši plūst caur sūkņa ieplūdi. Šajā posmā plūsma caur cauruli spēj sadalīt iepriekš sablīvētām smiltīm gar sieta filtra ārpusi. Samazinātā spiediena starpības dēļ plūsma caur sietu atsāksies un ieplūdes vārsts aizvērsies. Tāpēc sūknis var redzēt plūsmu tieši no vārsta tikai īsu laiku. Tas pagarina sūkņa kalpošanas laiku, jo lielāko daļu plūsmas veido šķidrums, kas filtrēts caur smilšu sietu.
Sūkņa aizsardzības sistēma tika darbināta ar pakotājiem trīs dažādās akās Delavēras baseinā, Amerikas Savienotajās Valstīs. Galvenais mērķis ir samazināt ESP ieslēgšanas un izslēgšanas reižu skaitu smilšu izraisītas pārslodzes dēļ un palielināt ESP pieejamību, lai uzlabotu ražošanu. Sūkņa aizsardzības sistēma ir piekārta ESP virknes apakšējā galā. Naftas urbuma rezultāti liecina par stabilu sūkņa darbību, samazinātu vibrāciju un strāvas intensitāti, kā arī sūkņa aizsardzības tehnoloģiju. Pēc jaunās sistēmas uzstādīšanas ar smiltīm un cietvielām saistītās dīkstāves tika samazinātas par 75%, un sūkņa kalpošanas laiks palielinājās par vairāk nekā 22%.
Aka. Jaunā urbšanas un šķelšanas akā Martina apgabalā, Teksasas štatā, tika uzstādīta ESP sistēma. Urbuma vertikālā daļa ir aptuveni 9000 pēdu (2748 m) gara, bet horizontālā daļa sniedzas līdz 12 000 pēdām (3668 m) pēc mērījuma dziļuma (MD). Pirmajās divās pabeigšanas reizēs kā neatņemama ESP pabeigšanas sastāvdaļa tika uzstādīta virpuļveida smilšu separatora sistēma ar sešiem oderējuma savienojumiem. Divās secīgās instalācijās, kurās tika izmantots viena veida smilšu separators, tika novērota nestabila ESP darbības parametru (strāvas intensitātes un vibrācijas) uzvedība. Izvilktā ESP bloka demontāžas analīze atklāja, ka virpuļveida gāzes separatora mezgls bija aizsērējis ar svešķermeņiem, kas tika noteikti kā smiltis, jo tās nav magnētiskas un ķīmiski nereaģē ar skābi.
Trešajā ESP uzstādīšanā smilšu separatoru aizstāja nerūsējošā tērauda stiepļu siets, kas kalpoja kā ESP smilšu kontroles līdzeklis. Pēc jaunās sūkņa aizsardzības sistēmas uzstādīšanas ESP uzrādīja stabilāku darbību, samazinot motora strāvas svārstību diapazonu no ~19 A 2. uzstādījumā līdz ~6,3 A 3. uzstādījumā. Vibrācija ir stabilāka, un tās tendence ir samazināta par 75%. Arī spiediena kritums bija stabils, svārstīdamies ļoti maz, salīdzinot ar iepriekšējo uzstādījumu, un spiediena kritums palielinājās par 100 psi. ESP pārslodzes izslēgšanās ir samazināta par 100%, un ESP darbojas ar zemu vibrāciju.
B urbums. Vienā urbumā netālu no Junisas, Ņūmeksikā, citā netradicionālā urbumā bija uzstādīts ESP, bet nebija sūkņa aizsardzības. Pēc sākotnējās palaišanas iekārtas kritiena ESP sāka darboties neparasti. Strāvas un spiediena svārstības ir saistītas ar vibrācijas kāpumiem. Pēc šādu apstākļu uzturēšanas 137 dienas ESP sabojājās, un tika uzstādīts aizvietotājs. Otrajā instalācijā ir iekļauta jauna sūkņa aizsardzības sistēma ar tādu pašu ESP konfigurāciju. Pēc urbuma ražošanas atsākšanas ESP darbojās normāli, ar stabilu strāvas stiprumu un mazāku vibrāciju. Publikācijas brīdī otrā ESP palaišanas sērija bija sasniegusi vairāk nekā 300 darbības dienas, kas ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar iepriekšējo instalāciju.
C aka. Sistēmas trešā uzstādīšana uz vietas notika Mentonā, Teksasā, un to veica naftas un gāzes specializētais uzņēmums, kas saskārās ar elektroenerģijas padeves pārtraukumiem un ESP atteicēm smilšu ražošanas dēļ un vēlējās uzlabot sūkņa darbības laiku. Operatori parasti katrā ESP akā izmanto smilšu separatorus ar oderi. Tomēr, kad odere piepildās ar smiltīm, separators ļauj smiltīm plūst caur sūkņa sekciju, korodējot sūkņa pakāpi, gultņus un vārpstu, kā rezultātā samazinās celtspēja. Pēc jaunās sistēmas darbināšanas ar sūkņa aizsargu ESP darbības laiks ir par 22 % ilgāks, spiediena kritums ir stabilāks un ar ESP saistītais darbības laiks ir labāks.
Ar smiltīm un cietvielām saistīto izslēgšanu skaits ekspluatācijas laikā samazinājās par 75 %, no 8 pārslodzes gadījumiem pirmajā iekārtā līdz diviem otrajā iekārtā, un veiksmīgu restartēšanu skaits pēc pārslodzes izslēgšanas palielinājās par 30 %, no 8 pirmajā iekārtā. Sekundārajā iekārtā tika veikti kopumā 12 notikumi, kopā 8 gadījumi, samazinot iekārtu elektrisko slodzi un palielinot ESP ekspluatācijas laiku.
5. attēlā redzams pēkšņs ieplūdes spiediena raksturlieluma (zilā krāsā) pieaugums, kad nerūsējošā tērauda siets ir bloķēts un vārsta mezgls ir atvērts. Šis spiediena raksturlielums var vēl vairāk uzlabot ražošanas efektivitāti, prognozējot ar smiltīm saistītus ESP bojājumus, tāpēc var plānot nomaiņas operācijas ar remonta iekārtām.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Virpuļcaurules kā vertikālā desandera ierīces eksperimentālā analīze”, SPE raksts 94673-MS, prezentēts SPE Latīņamerikas un Karību jūras reģiona naftas inženierijas konferencē Riodežaneiro, Brazīlijā, no 2005. gada 20. jūnija līdz 23. februārim. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Šajā rakstā ir iekļauti elementi no SPE raksta 207926-MS, kas tika prezentēts Abū Dabī Starptautiskajā naftas izstādē un konferencē Abū Dabī, AAE, 2021. gada 15.–18. novembrī.
Visi materiāli ir stingri pakļauti autortiesību likumiem, lūdzu, izlasiet mūsu Noteikumus un nosacījumus, Sīkfailu politiku un Privātuma politiku, pirms izmantojat šo vietni.