S-a dovedit că componentele de protecție a pompelor protejează pompele de nisip și extind durata de viață a ESP din puțurile neconvenționale. Această soluție controlează refluxul nisipului fracționat și a altor solide care pot cauza supraîncărcări și timpi de nefuncționare. Tehnologia de activare elimină problemele asociate cu incertitudinea distribuției dimensiunii particulelor.
Pe măsură ce din ce în ce mai multe puțuri de petrol se bazează pe ESP-uri, prelungirea duratei de viață a sistemelor de pompare submersibilă electrică (ESP) devine din ce în ce mai importantă. Durata de funcționare și performanța pompelor artificiale de ridicare sunt sensibile la solidele din fluidele produse. Durata de funcționare și performanța ESP au scăzut semnificativ odată cu creșterea particulelor solide.
Particulele solide care curg adesea prin pompele de ridicare artificiale includ nisip de formare, substanțe de susținere pentru fracturare hidraulică, ciment și particule de metal erodate sau corodate. Tehnologiile de fond concepute pentru a separa solidele variază de la cicloni cu eficiență scăzută până la plasă de sârmă din oțel inoxidabil 3D de înaltă eficiență. Sondele convenționale sunt supuse curgerii intermitente, ceea ce are ca rezultat tehnologia existentă de separare a vârtejului de fund funcționând doar intermitent.
Au fost propuse mai multe variante diferite de ecrane combinate de control al nisipului și dezasipătoare vortex de fund pentru a proteja ESP. Cu toate acestea, există lacune în ceea ce privește protecția și performanța de producție a tuturor pompelor din cauza incertitudinii în distribuția dimensiunilor și a volumului de solide produse de fiecare sondă. Cu toate acestea, utilizarea de șlefuire și ancore de noroi cu dop tată pentru a suspenda ansambluri lungi și rigide de control al nisipului în secțiuni de carcasă cu severitate ridicată a dogleg limitate ESP MTBF. Coroziunea tubului interior este un alt aspect al acestui design care nu a fost evaluat în mod adecvat.
Autorii unei lucrări din 2005 au prezentat rezultate experimentale ale unui separator de nisip de fund bazat pe un tub ciclon (Figura 1), care depindea de acțiunea ciclonului și de gravitație, pentru a arăta că eficiența separării depinde de vâscozitatea uleiului, debitul și dimensiunea particulelor. Ei arată că eficiența separatorului depinde în mare măsură de viteza terminală a particulelor pe măsură ce scăderea vitezei de curgere a particulelor, odată cu scăderea și scăderea eficienței uleiului, odată cu scăderea dimensiunii uleiului. vâscozitate, Figura 2. Pentru un separator tipic de tub cu ciclon, eficiența separării scade la ~10% pe măsură ce dimensiunea particulelor scade la ~100 µm.În plus, pe măsură ce debitul crește, separatorul vortex este supus uzurii prin eroziune, ceea ce afectează utilizarea componentelor structurale de viață.
Următoarea alternativă logică este utilizarea unui ecran de control al nisipului 2D cu o lățime definită a fantei. Dimensiunea și distribuția particulelor sunt considerații importante atunci când se selectează site-uri pentru filtrarea solidelor în producția de puțuri convenționale sau neconvenționale, dar acestea pot fi necunoscute. Solidele pot proveni din rezervor, dar pot varia de la călcâi la călcâi;alternativ, ecranul poate fi nevoit să filtreze nisipul de la fracturarea hidraulică. În ambele cazuri, costul colectării, analizei și testării solidelor poate fi prohibitiv.
Dacă ecranul tubulaturii 2D nu este configurat corespunzător, rezultatele pot compromite economia sondei. Deschiderile de sită de nisip care sunt prea mici pot duce la astupare prematură, opriri și necesitatea unor lucrări de remediere. Dacă sunt prea mari, ele permit pătrunderea liberă a solidelor în procesul de producție, ceea ce poate coroda conductele de ulei, deteriora pompele de ridicare artificiale, necesită umplerea suprafețelor de separare și eliminarea suprafețelor necesită situații de evacuare a suprafețelor. soluție simplă, rentabilă, care poate prelungi durata de viață a pompei și poate acoperi o distribuție largă a dimensiunilor de nisip.
Pentru a satisface această nevoie, a fost efectuat un studiu privind utilizarea ansamblurilor de supape în combinație cu plasă de sârmă din oțel inoxidabil, care este insensibilă la distribuția solidelor rezultate. Studiile au arătat că plasa de sârmă din oțel inoxidabil cu dimensiune variabilă a porilor și structură 3D poate controla eficient solidele de diferite dimensiuni, fără a cunoaște distribuția dimensiunii particulelor solidelor rezultate. filtrare secundară.
Un ansamblu de supapă montat pe partea inferioară a ecranului permite producția să continue până când ESP este scos. Acesta împiedică recuperarea ESP imediat după ce situl este conectat. Ecranul de control al nisipului de admisie și ansamblul supapei care rezultă protejează ESP, pompele de ridicare a tijei și completările de ridicare a gazului de solide în timpul producției prin curățarea fluxului de fluid și oferă o soluție rentabilă pentru a prelungi o situație de viață diferită a rezervorului.
Proiectare de protecție a pompei de prima generație. Un ansamblu de protecție a pompei folosind siruri de vată din oțel inoxidabil a fost instalat într-o sondă de drenaj gravitațional asistată cu abur din vestul Canadei pentru a proteja ESP de solide în timpul producției. Ecranele filtrează solidele nocive din fluidul de producție atunci când intră în șirul de producție. zona și sonda superioară.
De-a lungul timpului de producție, spațiul inelar dintre sită și carcasă tinde să se pună cu nisip, ceea ce crește rezistența la curgere. În cele din urmă, inelul se unește complet, oprește curgerea și creează o diferență de presiune între sondă și șirul de producție, așa cum se arată în Figura 3. În acest moment, fluidul nu mai poate curge în ESP și trebuie trasă șirul de completare.În funcție de un număr de variabile legate de producția de solide, durata necesară pentru oprirea curgerii prin puntea de solide de pe ecran poate fi mai mică decât durata care ar permite ESP să pompeze fluidul încărcat cu solide, timpul mediu dintre defecțiuni la sol, astfel încât a fost dezvoltată a doua generație de componente.
A doua generație a ansamblului de protecție a pompei. Ecranul de control al nisipului de admisie PumpGuard* și sistemul de ansamblu a supapei este suspendat sub pompa REDA* din Figura 4, un exemplu de finalizare ESP neconvențională. Odată ce sonda este în producție, sita filtrează solidele din producție, dar va începe să se pună încet cu nisipul și să creeze o presiune diferențială. Acest debit egalizează diferența de presiune pe ecran, slăbind prinderea sacilor de nisip din exteriorul ecranului. Nisipul este liber să iasă din inel, ceea ce reduce rezistența la curgere prin sită și permite reluarea fluxului. Pe măsură ce presiunea diferențială scade, supapa revine în poziția închisă. studiile evidențiate în acest articol demonstrează că sistemul este capabil să prelungească în mod semnificativ durata de viață a pompei, în comparație cu completarea de screening în funcțiune.
Pentru instalarea recentă, a fost introdusă o soluție bazată pe costuri pentru izolarea zonei dintre plasa de sârmă din oțel inoxidabil și ESP. Un dispozitiv de ambalare a cupei orientat în jos este montat deasupra secțiunii ecranului. Deasupra dispozitivului de ambalare a cupei, perforații suplimentare din tubul central asigură o cale de curgere pentru ca fluidul produs să migreze din interiorul ecranului în spațiul inelar de deasupra packerului, unde fluidul poate pătrunde în ESP în pereți.
Filtrul din plasă de sârmă din oțel inoxidabil ales pentru această soluție oferă mai multe avantaje față de tipurile de plasă 2D bazate pe spații. Filtrele 2D se bazează în primul rând pe particulele care acoperă golurile filtrului sau fantele pentru a construi saci de nisip și pentru a asigura controlul nisipului.
În schimb, patul cu plasă groasă al filtrelor din plasă de sârmă din oțel inoxidabil oferă o porozitate ridicată (92%) și o zonă mare de curgere deschisă (40%) pentru fluidul de foraj produs. Filtrul este construit prin comprimarea unei plase de lână din oțel inoxidabil și înfășurarea directă în jurul unui tub central perforat, apoi îl încapsulează într-un capac de protecție perforat, care este sudurat la capătul centrului fiecărui tub, care este sudat în partea centrală a fiecărui tub. Orientarea unghiulară (de la 15 µm la 600 µm) permite curgerea finelor inofensive de-a lungul unei căi de curgere 3D către tubul central după ce particulele mai mari și dăunătoare sunt prinse în plasă. Testarea de reținere a nisipului pe specimene din această sită a demonstrat că filtrul menține permeabilitatea ridicată, deoarece fluidul este generat prin sită. .Acest ecran de vată din oțel inoxidabil a fost dezvoltat de un operator major în anii 1980, special pentru completări de sită autonome în rezervoare stimulate cu abur și are un istoric extins de instalare de succes.
Ansamblul supapei constă dintr-o supapă cu arc care permite fluxul într-un singur sens în șirul de țevi din zona de producție. Prin ajustarea preîncărcării arcului elicoidal înainte de instalare, supapa poate fi personalizată pentru a atinge presiunea de fisurare dorită pentru aplicație. De obicei, o supapă este condusă sub plasa de sârmă din oțel inoxidabil pentru a oferi o cale secundară de curgere între seriile de rezervor și oțel inoxidabil, cu o serie de rezervoare și mai multe supape din oțel inoxidabil. supapă având o presiune de crăpare mai mică decât cea mai joasă supapă.
De-a lungul timpului, particulele de formare umplu zona inelară dintre suprafața exterioară a ecranului ansamblului protector al pompei și peretele carcasei de producție. Pe măsură ce cavitatea se umple cu nisip și particulele se consolidează, scăderea de presiune în sacul de nisip crește. Când această cădere de presiune atinge o valoare prestabilită, supapa conică se deschide și permite fluxului direct prin admisia pompei. Datorită diferenței de presiune reduse, fluxul va relua prin sită și supapa de admisie se va închide. Prin urmare, pompa poate vedea debitul direct de la supapă doar pentru o perioadă scurtă de timp. Acest lucru prelungește durata de viață a pompei, deoarece cea mai mare parte a debitului este fluidul filtrat prin sita de nisip.
Sistemul de protecție a pompei a fost operat cu packere în trei puțuri diferite din bazinul Delaware din Statele Unite. Scopul principal este de a reduce numărul de porniri și opriri ESP din cauza supraîncărcărilor legate de nisip și de a crește disponibilitatea ESP pentru a îmbunătăți producția. Sistemul de protecție a pompei este suspendat de la capătul inferior al șirului ESP. timpul a fost redus cu 75% și durata de viață a pompei a crescut cu peste 22%.
O sondă. Un sistem ESP a fost instalat într-o nouă sondă de foraj și fracturare în comitatul Martin, Texas. Porțiunea verticală a sondei este de aproximativ 9.000 de picioare, iar porțiunea orizontală se extinde până la 12.000 de picioare, adâncime măsurată (MD). Pentru primele două completări, a fost instalat un sistem separator de nisip vortex de fund cu șase conexiuni de căptușeală, folosindu-se ca o parte integrantă a instalației de separare și două ESP consecutive. s-a observat comportamentul parametrilor de funcționare ESP (intensitatea curentului și vibrația). Analiza dezasamblarii unității ESP tras a relevat că ansamblul separatorului de gaz vortex a fost înfundat cu materii străine, care s-a determinat a fi nisip deoarece este amagnetic și nu reacționează chimic cu acidul.
La a treia instalație ESP, plasa de sârmă din oțel inoxidabil a înlocuit separatorul de nisip ca mijloc de control al nisipului ESP. După instalarea noului sistem de protecție a pompei, ESP a prezentat un comportament mai stabil, reducând intervalul de fluctuații ale curentului motorului de la ~19 A pentru instalația #2 la ~6,3 A pentru instalația #3.Vibrația este mai stabilă, iar tendința este redusă cu 75%. 0 psi de cădere de presiune. Opririle prin suprasarcină ESP sunt reduse cu 100% și ESP funcționează cu vibrații scăzute.
Puțul B. Într-o fântână de lângă Eunice, New Mexico, o altă sondă neconvențională avea instalat un ESP, dar fără protecție a pompei. După căderea inițială a pornirii, ESP a început să prezinte un comportament neregulat. Fluctuațiile de curent și presiune sunt asociate cu vârfuri de vibrații. După menținerea acestor condiții timp de 137 de zile, ESP a eșuat și a fost instalată o înlocuire. amperaj ușor și vibrații mai puține. La momentul publicării, a doua execuție a ESP ajunsese la peste 300 de zile de funcționare, o îmbunătățire semnificativă față de instalația anterioară.
Puțul C. A treia instalare la fața locului a sistemului a fost în Mentone, Texas, de către o companie specializată în petrol și gaze, care a suferit întreruperi și defecțiuni ESP din cauza producției de nisip și a dorit să îmbunătățească timpul de funcționare al pompei. Operatorii rulează de obicei separatoare de nisip cu căptușeală în fiecare puț ESP. După rularea noului sistem cu protectorul pompei, ESP are o durată de funcționare cu 22% mai mare, cu o cădere de presiune mai stabilă și un timp de funcționare mai bun legat de ESP.
Numărul de opriri legate de nisip și solide în timpul funcționării a scăzut cu 75%, de la 8 evenimente de suprasarcină în prima instalație la două în a doua instalație, iar numărul de reporniri reușite după oprirea prin suprasarcină a crescut cu 30%, de la 8 în prima instalație.În total, 12 evenimente, pentru un total de 8 evenimente, au fost efectuate în instalația secundară, reducând solicitarea electrică asupra echipamentului și mărind durata de viață a ESP.
Figura 5 arată creșterea bruscă a semnăturii presiunii de admisie (albastru) atunci când plasa din oțel inoxidabil este blocată și ansamblul supapei este deschis. Această semnătură de presiune poate îmbunătăți și mai mult eficiența producției prin predicția defecțiunilor ESP legate de nisip, astfel încât operațiunile de înlocuire cu instalații de reparare pot fi planificate.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Experimental analysis of swirl tube as downhole desander device”, SPE Paper 94673-MS, prezentat la Conferința SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering, Rio de Janeiro, Brazilia, 20 iunie – 23 februarie 2005.
Acest articol conține elemente din lucrarea SPE 207926-MS, prezentată la Expoziția și Conferința Internațională a Petrolului Abu Dhabi din Abu Dhabi, Emiratele Arabe Unite, 15-18 noiembrie 2021.
Toate materialele sunt supuse legilor privind drepturile de autor aplicate cu strictețe, vă rugăm să citiți Termenii și condițiile, Politica privind cookie-urile și Politica de confidențialitate înainte de a utiliza acest site.