Het is bewezen dat pompbeschermingscomponenten pompen tegen zand beschermen en de levensduur van ESP's in onconventionele putten verlengen. Deze oplossing regelt de terugstroming van frac-zand en andere vaste stoffen die overbelasting en uitvaltijd kunnen veroorzaken. De activerende technologie elimineert de problemen die samenhangen met de onzekerheid over de deeltjesgrootteverdeling.
Naarmate meer en meer oliebronnen afhankelijk zijn van ESP's, wordt het verlengen van de levensduur van elektrische onderdompelbare pompsystemen (ESP) steeds belangrijker. De levensduur en prestaties van kunstmatige opvoerpompen zijn gevoelig voor vaste stoffen in geproduceerde vloeistoffen. De levensduur en prestaties van de ESP nemen aanzienlijk af met de toename van vaste deeltjes. Bovendien verhogen vaste stoffen de uitvaltijd van de put en de werkfrequentie die nodig is om de ESP te vervangen.
Vaste deeltjes die vaak door kunstmatige opvoerpompen stromen, zijn onder meer vormingszand, hydraulisch brekende stutten, cement en geërodeerde of gecorrodeerde metaaldeeltjes. Technologieën in het boorgat die zijn ontworpen om vaste stoffen te scheiden, variëren van laagrenderende cyclonen tot hoogrenderend 3D-roestvrijstalen gaas. Vortexontzanders in het boorgat worden al tientallen jaren in conventionele putten gebruikt en worden voornamelijk gebruikt om pompen tijdens de productie tegen grote deeltjes te beschermen. downhole vortex-separatortechnologie werkt slechts met tussenpozen.
Er zijn verschillende varianten van gecombineerde zandbeheersingsschermen en downhole vortex desanders voorgesteld om ESP's te beschermen. Er zijn echter hiaten in de bescherming en productieprestaties van alle pompen als gevolg van de onzekerheid in de grootteverdeling en het volume van de vaste stoffen die door elke put worden geproduceerd. Onzekerheid vergroot de lengte van zandbeheersingscomponenten, waardoor de diepte waarop de ESP kan worden ingesteld, wordt verkleind, waardoor het reservoirverliespotentieel van de ESP wordt beperkt en de economie van de put negatief wordt beïnvloed. Diepere instellingsdiepten hebben de voorkeur in onconventionele putten. Hoe ooit heeft het gebruik van ontschuurmachines en modderankers met mannelijke plug om lange, stijve zandbeheersingsconstructies op te hangen in verbuizingssecties met een hoge dogleg-ernst beperkte ESP MTBF-verbeteringen. Corrosie van de binnenband is een ander aspect van dit ontwerp dat niet voldoende is geëvalueerd.
De auteurs van een document uit 2005 presenteerden experimentele resultaten van een zandafscheider in het boorgat op basis van een cycloonbuis (figuur 1), die afhing van de werking van de cycloon en de zwaartekracht, om aan te tonen dat de scheidingsefficiëntie afhangt van de olieviscositeit, het debiet en de deeltjesgrootte. Ze laten zien dat de efficiëntie van de afscheider grotendeels afhankelijk is van de eindsnelheid van de deeltjes. De scheidingsefficiëntie neemt af met afnemende stroomsnelheid, afnemende vaste deeltjesgrootte en toenemende olieviscositeit, figuur 2. scheidingsefficiëntie daalt tot ~ 10% als de deeltjesgrootte daalt tot ~ 100 µm.Bovendien is de wervelscheider onderhevig aan erosieslijtage naarmate het debiet toeneemt, wat de levensduur van structurele componenten beïnvloedt.
Het volgende logische alternatief is het gebruik van een 2D-zandcontrolescherm met een gedefinieerde sleufbreedte. Deeltjesgrootte en -verdeling zijn belangrijke overwegingen bij het selecteren van schermen om vaste stoffen te filteren bij conventionele of onconventionele putproductie, maar ze kunnen onbekend zijn. De vaste stoffen kunnen uit het reservoir komen, maar ze kunnen variëren van hiel tot hiel;als alternatief kan het nodig zijn dat het scherm zand uit hydraulisch breken filtert. In beide gevallen kunnen de kosten van het verzamelen, analyseren en testen van vaste stoffen onbetaalbaar zijn.
Als het 2D-buisscherm niet correct is geconfigureerd, kunnen de resultaten de economie van de put in gevaar brengen. Te kleine openingen in het zandscherm kunnen leiden tot voortijdige verstopping, stopzettingen en de noodzaak van herstelwerkzaamheden. Als ze te groot zijn, laten ze vaste stoffen vrij in het productieproces komen, wat olieleidingen kan aantasten, kunstmatige opvoerpompen kan beschadigen, oppervlaktesmoorspoelen kan uitspoelen en oppervlaktescheiders kan vullen, waardoor zandstralen en verwijdering nodig is. Deze situatie vereist een eenvoudige, kosteneffectieve oplossing die de levensduur van de pomp kan verlengen en een groot verdeling van zandmaten.
Om aan deze behoefte te voldoen, is er een onderzoek uitgevoerd naar het gebruik van klepconstructies in combinatie met roestvrijstalen gaas, dat ongevoelig is voor de resulterende verdeling van vaste stoffen. Studies hebben aangetoond dat roestvrijstalen gaas met variabele poriegrootte en 3D-structuur vaste stoffen van verschillende groottes effectief kan beheersen zonder de deeltjesgrootteverdeling van de resulterende vaste stoffen te kennen. Het 3D roestvrijstalen gaas kan de zandkorrels van alle groottes effectief beheersen, zonder dat extra secundaire filtratie nodig is.
Een klepconstructie die aan de onderkant van de zeef is gemonteerd, zorgt ervoor dat de productie door kan gaan totdat de ESP eruit wordt getrokken. Het voorkomt dat ESP direct wordt teruggehaald nadat de zeef is overbrugd. Het resulterende inlaatzandregelscherm en klepconstructie beschermen ESP's, stangliftpompen en gasliftvoltooiingen tegen vaste stoffen tijdens de productie door de vloeistofstroom te reinigen en bieden een kosteneffectieve oplossing om de levensduur van de pomp te verlengen zonder de reservoirkenmerken aan te passen aan verschillende situaties.
Pompbeschermingsontwerp van de eerste generatie. Een pompbeschermingsconstructie met schermen van roestvrij staalwol werd ingezet in een door stoom ondersteunde zwaartekrachtdrainageput in West-Canada om de ESP te beschermen tegen vaste stoffen tijdens de productie. Schermen filteren schadelijke vaste stoffen uit de productievloeistof wanneer deze de productiereeks binnenkomt. Binnen de productiereeks stromen vloeistoffen naar de ESP-inlaat, waar ze naar de oppervlakte worden gepompt. Tussen de zeef en de ESP kunnen pakkingen worden geplaatst om zonale isolatie te bieden tussen de productiezone en de bovenste boorput.
Tijdens de productietijd heeft de ringvormige ruimte tussen het scherm en de verbuizing de neiging om met zand te overbruggen, wat de stromingsweerstand verhoogt. Uiteindelijk overbrugt de ringvormige ruimte volledig, stopt de stroming en creëert een drukverschil tussen de boorput en de productiestreng, zoals weergegeven in figuur 3. Op dit punt kan er geen vloeistof meer naar de ESP stromen en moet de voltooiingsstreng worden getrokken.Afhankelijk van een aantal variabelen die verband houden met de productie van vaste stoffen, kan de duur die nodig is om de stroming door de vaste stoffenbrug op het scherm te stoppen, korter zijn dan de duur die de ESP in staat zou stellen om de met vaste stoffen beladen vloeistof in de tussentijd tussen storingen naar de grond te pompen, dus werd de tweede generatie componenten ontwikkeld.
De pompbeschermingsconstructie van de tweede generatie. Het PumpGuard* inlaatzandcontrolescherm en klepmontagesysteem hangt onder de REDA*-pomp in afbeelding 4, een voorbeeld van een onconventionele ESP-voltooiing. Zodra de put produceert, filtert de zeef de vaste stoffen in de productie, maar begint langzaam een ​​brug te vormen met het zand en een drukverschil te creëren. Zand kan vrij uit de annulus breken, waardoor de stromingsweerstand door het scherm wordt verminderd en de stroming kan worden hervat. Naarmate het drukverschil daalt, keert de klep terug naar de gesloten stand en worden de normale stromingsomstandigheden hervat. Herhaal deze cyclus totdat het nodig is om de ESP uit het gat te trekken voor onderhoud.
Voor de recente installatie werd een kostengestuurde oplossing geïntroduceerd voor gebiedsisolatie tussen het roestvrijstalen gaas en de ESP. Boven het zeefgedeelte is een naar beneden gerichte cuppacker gemonteerd. Boven de cuppacker zorgen extra perforaties in de middenbuis voor een stroompad voor de geproduceerde vloeistof om van het inwendige van de zeef naar de ringvormige ruimte boven de packer te migreren, waar de vloeistof de ESP-inlaat kan binnendringen.
Het roestvrijstalen gaasfilter dat voor deze oplossing is gekozen, biedt verschillende voordelen ten opzichte van op spleten gebaseerde 2D-gaastypen. 2D-filters zijn voornamelijk afhankelijk van deeltjes die filterspleten of -sleuven overspannen om zandzakken te bouwen en zandbeheersing te bieden. Aangezien er echter slechts één enkele spleetwaarde kan worden geselecteerd voor het scherm, wordt het scherm zeer gevoelig voor de deeltjesgrootteverdeling van de geproduceerde vloeistof.
Het dikke gaasbed van roestvrijstalen gaasfilters biedt daarentegen een hoge porositeit (92%) en een groot open stroomgebied (40%) voor de geproduceerde boorvloeistof. Het filter is gemaakt door een roestvrijstalen vliesgaas samen te persen en direct rond een geperforeerde middenbuis te wikkelen, en het vervolgens in te kapselen in een geperforeerde beschermkap die aan elk uiteinde aan de middenbuis is gelast. De verdeling van de poriën in het gaasbed, de niet-uniforme hoekoriëntatie (variërend van 15 µm tot 600 µm ) maakt het mogelijk onschadelijke fijne deeltjes langs een 3D-stroompad naar de centrale buis te laten stromen nadat grotere en schadelijke deeltjes in het gaas zijn opgesloten. Zandretentietesten op monsters van deze zeef hebben aangetoond dat het filter een hoge permeabiliteit behoudt omdat er vloeistof door de zeef wordt gegenereerd. Effectief kan dit filter met één "maat" alle deeltjesgrootteverdelingen van geproduceerde vloeistoffen aan. uitgebreid track record van succesvolle installaties.
De klepconstructie bestaat uit een veerbelaste klep die een eenrichtingsstroom in de buizenreeks vanuit het productiegebied mogelijk maakt. Door de veervoorspanning voorafgaand aan de installatie aan te passen, kan de klep worden aangepast om de gewenste openingsdruk voor de toepassing te bereiken. Gewoonlijk wordt een klep onder het roestvrijstalen gaas geleid om een ​​secundair stroompad tussen het reservoir en de ESP te bieden. In sommige gevallen werken meerdere kleppen en roestvrijstalen mazen in serie, waarbij de middelste klep een lagere openingsdruk heeft dan de laagste klep.
Na verloop van tijd vullen formatiedeeltjes het ringvormige gebied tussen het buitenoppervlak van het scherm van de pompbeschermingsconstructie en de wand van de productiebehuizing. Naarmate de holte zich vult met zand en de deeltjes consolideren, neemt de drukval over de zandzak toe. Wanneer deze drukval een vooraf ingestelde waarde bereikt, opent de kegelklep en staat stroming direct door de pompinlaat toe. Daarom kan de pomp slechts korte tijd de stroming rechtstreeks van de klep zien. Dit verlengt de levensduur van de pomp, aangezien het grootste deel van de stroming de vloeistof is die door het zandscherm wordt gefilterd.
Het pompbeveiligingssysteem werd bediend met packers in drie verschillende putten in het Delaware Basin in de Verenigde Staten. Het belangrijkste doel is om het aantal ESP-starts en -stops als gevolg van zandgerelateerde overbelasting te verminderen en de ESP-beschikbaarheid te vergroten om de productie te verbeteren. Het pompbeveiligingssysteem is opgehangen aan het onderste uiteinde van de ESP-string. De resultaten van de oliebron tonen stabiele pompprestaties, verminderde trillingen en stroomintensiteit, en pompbeschermingstechnologie. 2%.
Een ESP-systeem werd geïnstalleerd in een nieuwe boor- en breekput in Martin County, Texas. Het verticale gedeelte van de put is ongeveer 9.000 voet en het horizontale gedeelte strekt zich uit tot 12.000 voet, gemeten diepte (MD). Voor de eerste twee voltooiingen werd een vortex-zandscheidingssysteem in het boorgat met zes voeringaansluitingen geïnstalleerd als een integraal onderdeel van de ESP-voltooiing. waargenomen. Uit demontageanalyse van de getrokken ESP-eenheid bleek dat de vortex-gasafscheider was verstopt met vreemd materiaal, waarvan werd vastgesteld dat het zand was omdat het niet-magnetisch is en niet chemisch reageert met zuur.
In de derde ESP-installatie verving roestvrijstalen gaas de zandafscheider als een middel voor ESP-zandbeheersing. Na installatie van het nieuwe pompbeveiligingssysteem vertoonde de ESP een stabieler gedrag, waardoor het bereik van motorstroomschommelingen werd verminderd van ~ 19 A voor installatie # 2 tot ~ 6,3 A voor installatie # 3. Trillingen zijn stabieler en de trend is met 75% verminderd. s worden met 100% verminderd en ESP werkt met weinig trillingen.
Bron B. In een put in de buurt van Eunice, New Mexico, was in een andere onconventionele put een ESP geïnstalleerd, maar geen pompbescherming. Na de eerste boot-drop begon de ESP grillig gedrag te vertonen. Fluctuaties in stroom en druk gaan gepaard met trillingspieken. Na 137 dagen aan deze omstandigheden te hebben vastgehouden, faalde de ESP en werd een vervanging geïnstalleerd. De tweede installatie omvat een nieuw pompbeveiligingssysteem met dezelfde ESP-configuratie. Nadat de productie werd hervat, werkte de ESP normaal, met een stabiele stroomsterkte en minder trillingen. , had de tweede run van ESP meer dan 300 dagen gebruik bereikt, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de vorige installatie.
Put C. De derde on-site installatie van het systeem vond plaats in Mentone, Texas, door een olie- en gasspecialiteitsbedrijf dat te maken had met uitval en ESP-storingen als gevolg van zandproductie en de uptime van de pomp wilde verbeteren. Exploitanten gebruiken doorgaans zandafscheiders in het boorgat met een voering in elke ESP-put. Zodra de voering echter met zand is gevuld, zal de scheider het zand door het pompgedeelte laten stromen, waardoor de pomptrap, de lagers en de as gaan corroderen, wat resulteert in verlies van lift. ESP heeft een 22% langere levensduur met een stabielere drukval en betere ESP-gerelateerde uptime.
Het aantal zand- en vastestofgerelateerde uitschakelingen tijdens bedrijf daalde met 75%, van 8 overbelastingsgebeurtenissen in de eerste installatie naar twee in de tweede installatie, en het aantal succesvolle herstarts na overbelastingsuitschakeling steeg met 30%, van 8 in de eerste installatie.In de secundaire installatie werden in totaal 12 gebeurtenissen uitgevoerd, op een totaal van 8 gebeurtenissen, waardoor de elektrische belasting van de apparatuur werd verminderd en de operationele levensduur van de ESP werd verlengd.
Afbeelding 5 toont de plotselinge toename van de inlaatdruksignatuur (blauw) wanneer het roestvrijstalen gaas wordt geblokkeerd en de klepconstructie wordt geopend. Deze druksignatuur kan de productie-efficiëntie verder verbeteren door zandgerelateerde ESP-storingen te voorspellen, zodat vervangingsoperaties met herstelinstallaties kunnen worden gepland.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device", SPE Paper 94673-MS, gepresenteerd op de SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazilië, 20 juni – 23 februari 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Dit artikel bevat elementen uit SPE-papier 207926-MS, gepresenteerd op de Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference in Abu Dhabi, VAE, 15-18 november 2021.
Alle materialen zijn onderworpen aan strikt gehandhaafde auteursrechtwetten, lees onze Algemene voorwaarden, Cookiebeleid en Privacybeleid voordat u deze site gebruikt.