Udowodniono, że elementy zabezpieczające pompy chronią pompy przed piaskiem i wydłużają żywotność elektrofiltrów w niekonwencjonalnych odwiertach. To rozwiązanie kontroluje przepływ wsteczny piasku szczelinującego i innych ciał stałych, które mogą powodować przeciążenia i przestoje. Technologia wspomagająca eliminuje problemy związane z niepewnością rozkładu wielkości cząstek.
Ponieważ coraz więcej odwiertów naftowych opiera się na elektrofiltrach, coraz ważniejsze staje się wydłużanie żywotności systemów elektrycznych pomp głębinowych (ESP). Żywotność i wydajność pomp do sztucznego podnoszenia są wrażliwe na obecność ciał stałych w produkowanych płynach. Żywotność i wydajność elektrofiltru znacznie się zmniejszyły wraz ze wzrostem ilości cząstek stałych. Ponadto ciała stałe zwiększają czas przestoju odwiertu i częstotliwość przestojów wymaganych do wymiany ESP.
Cząsteczki stałe, które często przepływają przez pompy do sztucznego podnoszenia, obejmują piasek formacyjny, środki do szczelinowania hydraulicznego, cement oraz erodowane lub skorodowane cząsteczki metali. Technologie odwiertów przeznaczone do oddzielania ciał stałych obejmują zarówno niskosprawne cyklony, jak i wysokowydajne trójwymiarowe siatki druciane ze stali nierdzewnej. Wgłębne odpiaszczacze wirowe są stosowane w konwencjonalnych odwiertach od dziesięcioleci i służą głównie do ochrony pomp przed dużymi cząstkami podczas produkcji. Jednak niekonwencjonalne odwierty podlegają okresowym przepływom ślimakowym, które powoduje, że istniejąca technologia separatora wirowego w odwiercie działa tylko z przerwami.
Zaproponowano kilka różnych wariantów połączonych ekranów kontrolujących piasek i odpiaszczaczy wirowych w odwiercie, aby chronić ESP. Istnieją jednak luki w ochronie i wydajności produkcyjnej wszystkich pomp ze względu na niepewność co do rozkładu wielkości i objętości ciał stałych wytwarzanych przez każdy odwiert. Niepewność zwiększa długość elementów kontroli piasku, zmniejszając w ten sposób głębokość, na której można ustawić ESP, ograniczając potencjał spadku zbiornika ESP i negatywnie wpływając na ekonomikę studni. Głębsze głębokości osadzania są preferowane w niekonwencjonalnych studnie.Jednak użycie piaskarek i kotew błotnych z wtyczką męską do zawieszania długich, sztywnych zespołów kontroli piasku w sekcjach obudowy o dużym nasileniu doglegów ograniczyło ulepszenia ESP MTBF. Korozja dętki to kolejny aspekt tej konstrukcji, który nie został odpowiednio oceniony.
Autorzy artykułu z 2005 roku przedstawili wyniki eksperymentalne piaskowego separatora otworowego opartego na rurze cyklonowej (Rysunek 1), który zależał od działania cyklonu i grawitacji, aby wykazać, że skuteczność separacji zależy od lepkości oleju, natężenia przepływu i wielkości cząstek. Pokazują, że wydajność separatora jest w dużej mierze zależna od prędkości granicznej cząstek. %, gdy wielkość cząstek spada do ~100 µm.Dodatkowo wraz ze wzrostem natężenia przepływu separator wirowy ulega zużyciu erozyjnemu, co wpływa na wykorzystanie żywotności elementów konstrukcyjnych.
Następną logiczną alternatywą jest użycie sita kontrolnego 2D ze zdefiniowaną szerokością szczeliny. Rozmiar i rozmieszczenie cząstek są ważnymi czynnikami przy wyborze sit do filtrowania cząstek stałych w konwencjonalnej lub niekonwencjonalnej produkcji odwiertów, ale mogą one być nieznane. Ciała stałe mogą pochodzić ze zbiornika, ale mogą różnić się od pięty do pięty;alternatywnie sito może wymagać odfiltrowania piasku ze szczelinowania hydraulicznego. W obu przypadkach koszt zbierania, analizy i testowania ciał stałych może być wygórowany.
Jeśli ekran rurowy 2D nie jest odpowiednio skonfigurowany, wyniki mogą zagrozić ekonomice studni. Zbyt małe otwory sita piaskowego mogą spowodować przedwczesne zatkanie, przestoje i konieczność napraw naprawczych. Jeśli są zbyt duże, umożliwiają swobodne przedostawanie się ciał stałych do procesu produkcyjnego, co może powodować korozję rur naftowych, uszkadzać sztuczne pompy podnoszące, wypłukiwać dławiki powierzchniowe i wypełniać separatory powierzchniowe, co wymaga piaskowania i utylizacji. Ta sytuacja wymaga prostego, ekonomicznego rozwiązania, które może wydłużyć żywotność pompy i obejmują szeroki rozkład rozmiarów piasku.
Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, przeprowadzono badania nad zastosowaniem zespołów zaworów w połączeniu z siatką drucianą ze stali nierdzewnej, która jest niewrażliwa na powstający rozkład cząstek stałych. Badania wykazały, że siatka druciana ze stali nierdzewnej o zmiennej wielkości porów i strukturze 3D może skutecznie kontrolować ciała stałe o różnych rozmiarach bez znajomości rozkładu wielkości cząstek powstających ciał stałych. Siatka druciana 3D ze stali nierdzewnej może skutecznie kontrolować ziarna piasku wszystkich rozmiarów, bez potrzeby dodatkowej filtracji wtórnej.
Zespół zaworów zamontowany na dole przesiewacza umożliwia kontynuację produkcji do momentu wyjęcia ESP. Zapobiega on wydobyciu ESP natychmiast po zmostkowaniu przesiewacza. Uzyskany w ten sposób ekran kontrolny piasku na wlocie i zespół zaworów chronią ESP, pompy drążkowe i kompletne elementy podnośnika gazowego przed ciałami stałymi podczas produkcji poprzez oczyszczanie przepływu płynu i zapewnia opłacalne rozwiązanie przedłużające żywotność pompy bez konieczności dostosowywania charakterystyki zbiornika do różnych sytuacji.
Konstrukcja ochrony pompy pierwszej generacji. Zespół ochrony pompy wykorzystujący ekrany z wełny ze stali nierdzewnej został wdrożony w odwiercie odwadniania grawitacyjnego wspomaganego parą wodną w zachodniej Kanadzie w celu ochrony ESP przed ciałami stałymi podczas produkcji. Ekrany filtrują szkodliwe ciała stałe z płynu produkcyjnego, gdy wchodzi on do ciągu produkcyjnego. W obrębie ciągu produkcyjnego płyny przepływają do wlotu ESP, skąd są pompowane na powierzchnię.
W czasie produkcji przestrzeń pierścieniowa między ekranem a obudową ma tendencję do tworzenia się mostków z piaskiem, co zwiększa opór przepływu. W końcu pierścień zamyka się całkowicie, zatrzymuje przepływ i tworzy różnicę ciśnień między odwiertem a ciągiem produkcyjnym, jak pokazano na rysunku 3. W tym momencie płyn nie może już przepływać do ESP i należy pociągnąć za ciąg końcowy.W zależności od wielu zmiennych związanych z produkcją ciał stałych, czas potrzebny do zatrzymania przepływu przez mostek ciał stałych na ekranie może być krótszy niż czas, który pozwoliłby ESP pompować płyn obciążony ciałami stałymi średni czas między awariami do ziemi, dlatego opracowano drugą generację komponentów.
Zespół ochrony pompy drugiej generacji. Ekran kontroli piasku na wlocie PumpGuard* i system zespołu zaworów są zawieszone pod pompą REDA* na rysunku 4, co jest przykładem niekonwencjonalnego zakończenia ESP. Po rozpoczęciu produkcji odwiertu, sito filtruje cząstki stałe w produkcji, ale zaczyna powoli mostkować się z piaskiem i wytwarzać różnicę ciśnień. Kiedy ta różnica ciśnień osiągnie ustawione ciśnienie otwarcia zaworu, zawór otwiera się, umożliwiając przepływ płynu bezpośrednio do przewodu rurowego do ESP. Przepływ ten wyrównuje różnicę ciśnień przez sito, rozluźniając przyczepność worków z piaskiem na zewnątrz sita. Piasek może swobodnie wydostawać się z pierścienia, co zmniejsza opór przepływu przez sito i umożliwia wznowienie przepływu. Gdy różnica ciśnień spada, zawór powraca do pozycji zamkniętej i powracają normalne warunki przepływu. Powtarzaj ten cykl, aż konieczne będzie wyciągnięcie ESP z otworu w celu serwisowania. Studia przypadków przedstawione w tym artykule pokazują, że system jest w stanie znacznie wydłużyć żywotność pompy w porównaniu z samym zakończeniem przesiewania.
W przypadku niedawnej instalacji wprowadzono ekonomiczne rozwiązanie do izolacji obszaru między siatką drucianą ze stali nierdzewnej a ESP. Skierowany w dół paker kubka jest zamontowany nad sekcją sita. Nad pakerem kubka dodatkowe perforacje w rurze środkowej zapewniają ścieżkę przepływu wytwarzanego płynu, który migruje z wnętrza sita do pierścieniowej przestrzeni nad pakerem, gdzie płyn może dostać się do wlotu ESP.
Filtr z siatki drucianej ze stali nierdzewnej wybrany do tego rozwiązania ma kilka zalet w porównaniu z typami siatek 2D opartymi na szczelinach. Filtry 2D opierają się głównie na cząstkach wypełniających szczeliny lub szczeliny filtra w celu budowy worków z piaskiem i zapewnienia kontroli piasku. Ponieważ jednak dla sita można wybrać tylko jedną wartość szczeliny, sito staje się bardzo wrażliwe na rozkład wielkości cząstek wytwarzanego płynu.
W przeciwieństwie do tego, grube siatkowe złoże filtrów siatkowych ze stali nierdzewnej zapewnia wysoką porowatość (92%) i duży otwarty obszar przepływu (40%) dla produkowanego płynu z odwiertu. Filtr jest skonstruowany poprzez ściśnięcie siatki z włókniny ze stali nierdzewnej i owinięcie jej bezpośrednio wokół perforowanej rury środkowej, a następnie zamknięcie jej w perforowanej osłonie ochronnej, która jest przyspawana do rury środkowej na każdym końcu. Rozmieszczenie porów w złożu siatkowym, nierównomierna orientacja kątowa (od 15 µm do 600 µm) pozwala na przepływ nieszkodliwych drobin wzdłuż ścieżki przepływu 3D w kierunku centralnej rury po uwięzieniu większych i szkodliwych cząstek w siatce. Testy retencji piasku na próbkach tego sita wykazały, że filtr utrzymuje wysoką przepuszczalność, ponieważ płyn jest generowany przez sito. Skutecznie, ten pojedynczy filtr „wielkości” może skutecznie obsłużyć wszystkie rozkłady wielkości cząstek wytwarzanych płynów. To sito z wełny ze stali nierdzewnej zostało opracowane przez głównego operatora w latach 80. stymulowanych zbiorników i ma bogatą historię udanych instalacji.
Zespół zaworu składa się z zaworu sprężynowego, który umożliwia jednokierunkowy przepływ do przewodu rurowego z obszaru produkcyjnego. Regulując napięcie wstępne sprężyny śrubowej przed instalacją, zawór można dostosować w celu uzyskania pożądanego ciśnienia otwierania dla danego zastosowania. Zazwyczaj zawór jest uruchamiany pod siatką drucianą ze stali nierdzewnej, aby zapewnić wtórną ścieżkę przepływu między zbiornikiem a elektrofiltrem. W niektórych przypadkach wiele zaworów i siatek ze stali nierdzewnej działa szeregowo, przy czym środkowy zawór ma niższe ciśnienie otwierania niż najniższy zawór.
Z biegiem czasu cząsteczki formacji wypełniają obszar pierścieniowy między zewnętrzną powierzchnią ekranu zespołu ochrony pompy a ścianą obudowy produkcyjnej. Gdy wnęka wypełnia się piaskiem, a cząstki konsolidują, spadek ciśnienia na worku z piaskiem wzrasta. Kiedy ten spadek ciśnienia osiąga zadaną wartość, zawór stożkowy otwiera się i umożliwia przepływ bezpośrednio przez wlot pompy. Na tym etapie przepływ przez rurę jest w stanie rozbić wcześniej skonsolidowany piasek wzdłuż zewnętrznej strony filtra sitowego. Dzięki zmniejszonej różnicy ciśnień przepływ zostanie wznowiony przez sito i wlot zawór zamknie się. W związku z tym pompa widzi przepływ bezpośrednio z zaworu tylko przez krótki czas. Wydłuża to żywotność pompy, ponieważ większość przepływu to płyn przefiltrowany przez sito piaskowe.
System ochrony pompy był obsługiwany przez pakery w trzech różnych odwiertach w basenie Delaware w Stanach Zjednoczonych. Głównym celem jest zmniejszenie liczby uruchomień i zatrzymań ESP z powodu przeciążenia związanego z piaskiem oraz zwiększenie dostępności ESP w celu usprawnienia produkcji. System ochrony pompy jest zawieszony na dolnym końcu ciągu ESP. Wyniki szybu naftowego pokazują stabilną pracę pompy, zmniejszone wibracje i natężenie prądu oraz technologię ochrony pompy. ponad 22%.
Odwiert. System ESP został zainstalowany w nowym odwiercie wiertniczym i szczelinującym w hrabstwie Martin w Teksasie. Pionowa część odwiertu ma około 9 000 stóp, a część pozioma rozciąga się na 12 000 stóp, mierzona głębokość (MD). W przypadku pierwszych dwóch ukończeń, jako integralną część zakończenia ESP zainstalowano system wirowego separatora piasku z sześcioma połączeniami liniowymi. W przypadku dwóch kolejnych instalacji wykorzystujących ten sam typ separatora piasku zaobserwowano niestabilne zachowanie parametrów pracy ESP (natężenie prądu i wibracje) .Analiza demontażowa wyciągniętego zespołu ESP wykazała, że ​​zespół separatora gazu wirowego został zatkany ciałem obcym, którym był piasek, ponieważ nie ma właściwości magnetycznych i nie reaguje chemicznie z kwasem.
W trzeciej instalacji ESP siatka druciana ze stali nierdzewnej zastąpiła separator piasku jako środek kontroli piasku ESP. Po zainstalowaniu nowego systemu ochrony pompy, ESP zachowywał się bardziej stabilnie, zmniejszając zakres wahań prądu silnika z ~19 A dla instalacji nr 2 do ~6,3 A dla instalacji nr 3. Wibracje są bardziej stabilne, a tendencja jest zmniejszona o 75%. Spadek ciśnienia był również stabilny, wahając się bardzo mało w porównaniu z poprzednią instalacją i zyskał dodatkowe 100 psi spadku ciśnienia. upadki są redukowane o 100%, a ESP działa przy niskich wibracjach.
Odwiert B. W jednym odwiercie w pobliżu Eunice w stanie Nowy Meksyk w innym niekonwencjonalnym odwiercie zainstalowano ESP, ale bez zabezpieczenia pompy. Po początkowym spadku rozruchu ESP zaczął wykazywać nieregularne zachowanie. Wahania prądu i ciśnienia są związane z skokami wibracyjnymi. Po utrzymywaniu tych warunków przez 137 dni ESP uległ awarii i zainstalowano zamiennik. Druga instalacja zawiera nowy system ochrony pompy z tą samą konfiguracją ESP. stabilne natężenie prądu i mniej wibracji. W momencie publikacji drugi przebieg ESP osiągnął ponad 300 dni działania, co stanowi znaczną poprawę w stosunku do poprzedniej instalacji.
Studnia C. Trzecia lokalna instalacja systemu została przeprowadzona w Mentone w Teksasie przez firmę specjalizującą się w naftowo-gazownictwie, która doświadczyła przestojów i awarii ESP z powodu produkcji piasku i chciała skrócić czas pracy pompy. Operatorzy zazwyczaj uruchamiają wgłębne separatory piasku z wykładziną w każdym odwiercie ESP. Jednak gdy wykładzina wypełni się piaskiem, separator umożliwi przepływ piasku przez sekcję pompy, powodując korozję stopnia pompy, łożysk i wału, co skutkuje utratą siły nośnej. Po uruchomieniu nowego systemu z pompą ochraniacz, ESP ma o 22% dłuższą żywotność z bardziej stabilnym spadkiem ciśnienia i lepszym czasem sprawności związanym z ESP.
Liczba wyłączeń związanych z piaskiem i ciałami stałymi podczas pracy spadła o 75%, z 8 przypadków przeciążenia w pierwszej instalacji do dwóch w drugiej instalacji, a liczba udanych restartów po wyłączeniu z powodu przeciążenia wzrosła o 30%, z 8 w pierwszej instalacji.W instalacji wtórnej przeprowadzono łącznie 12 zdarzeń, łącznie 8 zdarzeń, co zmniejszyło obciążenie elektryczne sprzętu i wydłużyło żywotność ESP.
Rysunek 5 pokazuje nagły wzrost sygnatury ciśnienia dolotowego (niebieski), gdy siatka ze stali nierdzewnej jest zablokowana, a zespół zaworu jest otwarty. Ta sygnatura ciśnienia może jeszcze bardziej poprawić wydajność produkcji poprzez przewidywanie awarii ESP związanych z piaskiem, dzięki czemu można zaplanować operacje wymiany z platformami regeneracyjnymi.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device”, dokument SPE 94673-MS, przedstawiony na konferencji SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazylia, 20 czerwca – 23 lutego 2005 r. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ten artykuł zawiera elementy z artykułu SPE 207926-MS, prezentowanego na Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference w Abu Dhabi, Zjednoczone Emiraty Arabskie, 15-18 listopada 2021 r.
Wszystkie materiały podlegają ściśle egzekwowanym prawom autorskim, przed skorzystaniem z tej witryny prosimy o zapoznanie się z naszymi Warunkami, Polityką plików cookie i Polityką prywatności.