Pumpebeskyttelseskomponenter har vist seg å beskytte pumper mot sand og forlenge levetiden til ESP-er i ukonvensjonelle brønner. Denne løsningen kontrollerer tilbakestrømmen av frac-sand og andre faste stoffer som kan forårsake overbelastning og nedetid. Den muliggjørende teknologien eliminerer problemene forbundet med usikkerhet i partikkelstørrelsesfordelingen.
Ettersom flere og flere oljebrønner er avhengige av ESP-er, blir det stadig viktigere å forlenge levetiden til elektriske nedsenkbare pumpesystemer (ESP). Levetiden og ytelsen til kunstige løftepumper er følsomme for faste stoffer i produserte væsker. Driftslevetiden og ytelsen til ESP-en ble betydelig redusert med økningen i faste partikler. I tillegg øker faste stoffer frekvensen av brønnstansen som kreves for å erstatte brønnstansen og utskifting.
Faste partikler som ofte strømmer gjennom kunstige løftepumper inkluderer formasjonssand, hydrauliske frakturerings-proppemidler, sement og eroderte eller korroderte metallpartikler. Nedehullsteknologier utviklet for å separere faste stoffer varierer fra laveffektive sykloner til høyeffektive 3D-trådnett i rustfritt stål. s fra store partikler under produksjonen. Ukonvensjonelle brønner er imidlertid utsatt for intermitterende slug flow, noe som resulterer i at eksisterende virvelseparatorteknologi nede i borehullet bare fungerer periodisk.
Flere forskjellige varianter av kombinerte sandkontrollskjermer og nedihulls vortex-desanderere har blitt foreslått for å beskytte ESP-er. Det er imidlertid hull i beskyttelsen og produksjonsytelsen til alle pumper på grunn av usikkerheten i størrelsesfordelingen og volumet av faste stoffer produsert av hver brønn. Usikkerhet øker lengden på sandkontrollkomponenter, og reduserer dermed grensen for dybden som kan settes i ESP, og den negative dybden av reservoaret kan settes ved. brønnøkonomi. Dypere innsettingsdybder foretrekkes i ukonvensjonelle brønner. Imidlertid er bruken av avslipere og slam-ankre med hannplugg for å henge opp lange, stive sandkontrollenheter i foringsrørseksjoner med begrenset ESP MTBF-forbedringer. Korrosjon av det indre røret som ikke har vært verdsatt tilstrekkelig.
Forfatterne av en artikkel fra 2005 presenterte eksperimentelle resultater av en nedihulls sandseparator basert på et syklonrør (figur 1), som var avhengig av syklonvirkning og tyngdekraft, for å vise at separasjonseffektiviteten avhenger av oljeviskositet, strømningshastighet og partikkelstørrelse. De viser at effektiviteten til separatoren i stor grad er avhengig av den terminale strømningshastigheten til partikkelen reduserer partikkeleffektiviteten og reduserer partikkelstørrelsen. , og økende oljeviskositet, figur 2. For en typisk syklonrør nedihullseparator synker separasjonseffektiviteten til ~10% når partikkelstørrelsen faller til ~100 µm.I tillegg, ettersom strømningshastigheten øker, er virvelseparatoren utsatt for erosjonsslitasje, noe som påvirker bruken av strukturelle komponenters levetid.
Det neste logiske alternativet er å bruke en 2D-sandkontrollskjerm med en definert spaltebredde.Partikkelstørrelse og fordeling er viktige hensyn ved valg av sikter for å filtrere faste stoffer i konvensjonell eller ukonvensjonell brønnproduksjon, men de kan være ukjente. Faststoffene kan komme fra reservoaret, men de kan variere fra hæl til hæl;alternativt kan skjermen trenge å filtrere sand fra hydraulisk frakturering. I begge tilfeller kan kostnadene for innsamling, analyse og testing av faste stoffer være uoverkommelige.
Hvis 2D-rørskjermen ikke er riktig konfigurert, kan resultatene kompromittere økonomien til brønnen. Sandsilåpninger som er for små kan resultere i for tidlig plugging, nedstengninger og behov for utbedring av utbedring. Hvis de er for store, lar de faste stoffer fritt komme inn i produksjonsprosessen, noe som kan korrodere oljerør, skade utfylling av kunstige overflateseparatorer og gjenoppfyllingspumper på overflaten. situasjonen krever en enkel, kostnadseffektiv løsning som kan forlenge pumpens levetid og dekke en bred fordeling av sandstørrelser.
For å møte dette behovet ble det utført en studie på bruken av ventilsammenstillinger i kombinasjon med rustfritt ståltrådnett, som er ufølsomt for den resulterende faststofffordelingen. Studier har vist at rustfritt ståltrådnett med variabel porestørrelse og 3D-struktur effektivt kan kontrollere faste stoffer av forskjellige størrelser uten å kjenne partikkelstørrelsesfordelingen til de resulterende faste stoffene. for ekstra sekundær filtrering.
En ventilmontering montert på bunnen av skjermen lar produksjonen fortsette til ESP-en trekkes ut. Den forhindrer ESP fra å bli hentet umiddelbart etter at silen er brokoblet. Den resulterende innløpssandkontrollskjermen og ventilmontasjen beskytter ESP-er, stangløftepumper og gassløftkompletteringer fra faste stoffer under produksjon ved å rense væskestrøm og gir en kostnadseffektiv løsning for pumpehalereservoarer for å forlenge pumpe- eller reservoarsituasjonen.
Første generasjons pumpebeskyttelsesdesign. En pumpebeskyttelsesenhet som bruker rustfrie stålullskjermer ble utplassert i en dampassistert tyngdekraftdreneringsbrønn i Vest-Canada for å beskytte ESP mot faste stoffer under produksjon. Skjermene filtrerer skadelige faste stoffer fra produksjonsvæsken når den kommer inn i produksjonsstrengen. Innenfor produksjonsstrengen strømmer væsker til ESP-innløpet, der de føres mellom pumpe- og isolasjonsskjermen mellom pumpen og isolasjonen. produksjonssonen og den øvre brønnboringen.
Over produksjonstiden har det ringformede rommet mellom skjermen og foringsrøret en tendens til å bygge bro med sand, noe som øker strømningsmotstanden. Til slutt slår ringrommet seg fullstendig sammen, stopper strømningen og skaper en trykkforskjell mellom brønnhullet og produksjonsstrengen, som vist i figur 3. På dette tidspunktet kan væske ikke lenger strømme til ESP og kompletteringsstrengen må trekkes.Avhengig av en rekke variabler relatert til produksjon av faste stoffer, kan varigheten som kreves for å stoppe strømningen gjennom faststoffbroen på skjermen være kortere enn varigheten som ville tillate ESP å pumpe den faste stoffbelastede væsken, gjennomsnittlig tid mellom feil til bakken, så den andre generasjonen av komponenter ble utviklet.
Den andre generasjons pumpebeskyttelsesenheten. PumpGuard* innløpssandkontrollskjermen og ventilmonteringssystemet er hengt opp under REDA*-pumpen i figur 4, et eksempel på en ukonvensjonell ESP-komplettering. Når brønnen produserer, filtrerer silen de faste stoffene i produksjonen, men vil sakte begynne å bygge bro med sanden og skape en forskjellig trykkforskjell. å strømme direkte inn i rørstrengen til ESP. Denne strømmen utjevner trykkforskjellen over skjermen, og løsner grepet til sandsekkene på utsiden av skjermen. Sand kan fritt bryte ut av ringrommet, noe som reduserer strømningsmotstanden gjennom silen og lar strømningen gjenopptas. Når differensialtrykket faller, går ventilen tilbake til lukket posisjon og normale strømningsforhold er nødvendige for å trekke ut ESP. .Kasusstudiene som er fremhevet i denne artikkelen viser at systemet er i stand til å forlenge pumpens levetid betydelig sammenlignet med fullføring av screening alene.
For den nylige installasjonen ble det introdusert en kostnadsdrevet løsning for arealisolering mellom det rustfrie ståltrådnettet og ESP. En nedovervendt kopppakning er montert over silseksjonen. Over kopppakningen gir ytterligere senterrørperforeringer en strømningsbane for produsert væske som kan migrere fra det indre av silen til det ringformede rommet i væsken over pakningen, hvor ESP kan komme inn i væsken.
Det rustfrie stålnettingsfilteret som er valgt for denne løsningen, gir flere fordeler fremfor gap-baserte 2D-netttyper.2D-filtre er primært avhengige av partikler som spenner over filtergap eller slisser for å bygge sandsekker og gi sandkontroll. Men siden bare en enkelt gap-verdi kan velges for skjermen, blir skjermen svært følsom for partikkelstørrelsesfordelingen til den produserte væsken.
I motsetning til dette gir det tykke nettingsjiktet av rustfrie ståltrådnettingsfiltre høy porøsitet (92 %) og stort åpent strømningsareal (40 %) for den produserte brønnhullsvæsken. Filteret er konstruert ved å komprimere et fleecenett av rustfritt stål og pakke det direkte rundt et perforert senterrør, og deretter kapsle det inn i en sentersveiset beskyttelsesende i hver ende av porene. den uensartede vinkelorienteringen (som varierer fra 15 µm til 600 µm) gjør at ufarlig finstoff kan strømme langs en 3D-strømningsbane mot det sentrale røret etter at større og skadelige partikler er fanget inne i nettet. Sandretensjonstesting på prøver av denne sikten viste at filteret opprettholder høy permeabilitet gjennom filteret, fordi filteret opprettholder høy permeabilitet gjennom filteret. partikkelstørrelsesfordelinger av produserte væsker påtruffet. Denne rustfrie stålullskjermen ble utviklet av en stor operatør på 1980-tallet spesifikt for selvforsynt silkomplettering i dampstimulerte reservoarer og har en omfattende erfaring med vellykkede installasjoner.
Ventilsammenstillingen består av en fjærbelastet ventil som tillater enveis strømning inn i rørstrengen fra produksjonsområdet.Ved å justere spiralfjærens forspenning før installasjon kan ventilen tilpasses for å oppnå ønsket sprekktrykk for bruken. Vanligvis kjøres en ventil under det rustfrie ståltrådnettet for å gi en sekundær strømningsbane mellom ventiler, i stålreservoarer og ESP-reservoarer med flere ventiler og stålreservoarer. den midterste ventilen har et lavere sprekktrykk enn den laveste ventilen.
Over tid fyller formasjonspartikler det ringformede området mellom den ytre overflaten av pumpebeskytterens monteringsskjerm og veggen til produksjonshuset. Ettersom hulrommet fylles med sand og partiklene konsolideres, øker trykkfallet over sandposen. Når dette trykkfallet når en forhåndsinnstilt verdi, åpnes kjegleventilen og tillater strømning direkte gjennom dette pumpeinnløpet, som kan strømme opp gjennom det tidligere utløpet av sanden til pumpen. silfilteret.På grunn av den reduserte trykkforskjellen vil strømmen gjenopptas gjennom silen og inntaksventilen vil stenge.Derfor kan pumpen kun se strømmen direkte fra ventilen i en kort periode.Dette forlenger pumpens levetid, da det meste av strømmen er væsken som filtreres gjennom sandsilen.
Pumpebeskyttelsessystemet ble operert med pakkere i tre forskjellige brønner i Delaware-bassenget i USA. Hovedmålet er å redusere antall ESP-starter og -stopp på grunn av sandrelaterte overbelastninger og å øke ESP-tilgjengeligheten for å forbedre produksjonen. Pumpebeskyttelsessystemet er hengt opp fra den nedre enden av ESP-strengen. Resultatene av oljebrønnen viser stabil pumpebeskyttelsesstyrke, intensitet og relatert pumpeteknologi, redusert, pumpetid og ny pumpetid. ble redusert med 75 % og pumpens levetid økte med mer enn 22 %.
En brønn.Et ESP-system ble installert i en ny bore- og fraktureringsbrønn i Martin County, Texas. Den vertikale delen av brønnen er omtrent 9 000 fot og den horisontale delen strekker seg til 12 000 fot, målt dybde (MD). For de to første kompletteringene ble det installert et nedihulls vortex-sandseparatorsystem med seks foringsforbindelser av samme type ESP som bruker den samme koblingen. av sandseparator ble det observert ustabil oppførsel av ESP-driftsparametrene (strømintensitet og vibrasjon). Demonteringsanalyse av den trukket ESP-enheten viste at virvelgasseparatorenheten var tilstoppet med fremmedlegemer, som ble bestemt til å være sand fordi den er ikke-magnetisk og ikke reagerer kjemisk med syre.
I den tredje ESP-installasjonen erstattet rustfritt stålnetting sandseparatoren som et middel for ESP-sandkontroll.Etter installasjonen av det nye pumpebeskyttelsessystemet viste ESP mer stabil oppførsel, noe som reduserte spekteret av motorstrømsvingninger fra ~19 A for installasjon #2 til ~6.3 A for installasjon #3. Vibrasjonen er mer stabil og trenden var også redusert med 75% av trykket, sammenlignet med 75%. ytterligere 100 psi trykkfall. ESP-overbelastningsstanser reduseres med 100 % og ESP opererer med lav vibrasjon.
Brønn B. I en brønn i nærheten av Eunice, New Mexico, hadde en annen ukonvensjonell brønn en ESP installert, men ingen pumpebeskyttelse. Etter det første oppstartsfallet begynte ESP å vise ujevn oppførsel.Svingninger i strøm og trykk er assosiert med vibrasjonstopper. Etter å ha opprettholdt disse forholdene i 137 dager, sviktet ESP og en erstatning ble installert med en ny ESP-installasjon, inkluderte en ny brønnbeskyttelse. ESP fungerte normalt, med stabil strømstyrke og mindre vibrasjoner. På publiseringstidspunktet hadde den andre kjøringen av ESP nådd over 300 dagers drift, en betydelig forbedring i forhold til forrige installasjon.
Brønn C. Systemets tredje installasjon på stedet var i Mentone, Texas, av et olje- og gassspesialistselskap som opplevde utfall og ESP-feil på grunn av sandproduksjon og ønsket å forbedre pumpens oppetid. Operatører kjører typisk sandseparatorer nede i brønnhullet med foring i hver ESP-brønn. Men når foringen fylles med sand, vil separatoren tillate at sanden kan strømme gjennom pumpeseksjonen og løfting, og resultere i pumpeseksjonen. Når det nye systemet kjøres med pumpebeskytteren, har ESP 22 % lengre levetid med et mer stabilt trykkfall og bedre ESP-relatert oppetid.
Antallet sand- og faststoffrelaterte driftsstanser gikk ned med 75 %, fra 8 overbelastningshendelser i den første installasjonen til to i den andre installasjonen, og antallet vellykkede omstarter etter overbelastningsstans økte med 30 %, fra 8 i den første installasjonen.Totalt 12 hendelser, for totalt 8 hendelser, ble utført i den sekundære installasjonen, noe som reduserte elektrisk belastning på utstyret og økte driftslevetiden til ESP.
Figur 5 viser den plutselige økningen i inntakstrykksignaturen (blå) når det rustfrie stålnettet er blokkert og ventilenheten åpnes. Denne trykksignaturen kan forbedre produksjonseffektiviteten ytterligere ved å forutsi sandrelaterte ESP-feil, slik at erstatningsoperasjoner med overhalingsrigger kan planlegges.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Eksperimentell analyse av virvelrør som nedhulls desanderanordning," SPE Paper 94673-MS, presentert på SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasil, 20. juni – 23. februar, 2005.https://304.61i.https://304.7MS.
Denne artikkelen inneholder elementer fra SPE-papir 207926-MS, presentert på Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference i Abu Dhabi, UAE, 15.–18. november 2021.
Alt materiale er underlagt strengt håndhevede lover om opphavsrett, les våre vilkår og betingelser, retningslinjer for informasjonskapsler og retningslinjer for personvern før du bruker dette nettstedet.