Было доказано, что компоненты защиты насосов защищают насосы от песка и продлевают срок службы ЭЦН в нетрадиционных скважинах. Это решение контролирует обратный поток песка для гидроразрыва пласта и других твердых частиц, которые могут вызывать перегрузки и простои. Эта технология устраняет проблемы, связанные с неопределенностью распределения частиц по размерам.
Поскольку все больше и больше нефтяных скважин используют ЭЦН, продление срока службы систем электрических погружных насосов (ЭЦН) становится все более важным. Срок службы и производительность насосов механизированной добычи чувствительны к твердым частицам в добываемых жидкостях. Срок службы и производительность ЭЦН значительно снизились с увеличением содержания твердых частиц.
Твердые частицы, которые часто проходят через насосы механизированной добычи, включают пластовый песок, проппанты для гидравлического разрыва пласта, цемент, а также эрозионные или корродированные металлические частицы. Скважинные технологии, предназначенные для отделения твердых частиц, варьируются от низкоэффективных циклонов до высокоэффективных трехмерных проволочных сеток из нержавеющей стали. пробкового течения, что приводит к тому, что существующая технология внутрискважинного вихревого сепаратора работает только с перерывами.
Для защиты ЭЦН было предложено несколько различных вариантов комбинированных фильтров для предотвращения пескопроявления и скважинных вихревых пескоотделителей. Однако существуют пробелы в защите и эксплуатационных характеристиках всех насосов из-за неопределенности в распределении размеров и объеме твердых частиц, добываемых каждой скважиной. Неопределенность увеличивает длину компонентов для предотвращения пескопроявления, тем самым уменьшая глубину, на которой может быть установлен ЭЦН, ограничивая потенциал снижения пласта ЭЦН и отрицательно влияя на экономику скважины. s. Тем не менее, использование пескоотделителей и буровых анкеров с охватываемой пробкой для подвешивания длинных и жестких узлов для предотвращения пескопроявления в секциях обсадной колонны с сильным искривлением ограничивает увеличение средней наработки на отказ ЭЦН. Коррозия внутренней трубы является еще одним аспектом этой конструкции, который не был должным образом оценен.
Авторы статьи 2005 г. представили экспериментальные результаты скважинного сепаратора песка на основе циклонной трубы (рис. 1), который зависел от действия циклона и гравитации, чтобы показать, что эффективность сепарации зависит от вязкости нефти, расхода и размера частиц. Они показывают, что эффективность сепаратора в значительной степени зависит от конечной скорости частиц. эффективность падает до ~10% при уменьшении размера частиц до ~100 мкм.Кроме того, по мере увеличения расхода вихревой сепаратор подвергается эрозионному износу, что влияет на срок эксплуатации конструктивных элементов.
Следующей логической альтернативой является использование 2D-фильтра для предотвращения выноса песка с определенной шириной щели. Размер и распределение частиц являются важными факторами при выборе фильтров для фильтрации твердых частиц при традиционной или нетрадиционной добыче скважин, но они могут быть неизвестны. Твердые частицы могут поступать из пласта, но они могут варьироваться от пятки к пятке;в качестве альтернативы, может потребоваться сито для фильтрации песка из гидроразрыва пласта. В любом случае стоимость сбора, анализа и тестирования твердых частиц может быть непомерно высокой.
Если двухмерный экран НКТ настроен неправильно, результаты могут поставить под угрозу экономику скважины. Слишком маленькие отверстия песочных фильтров могут привести к преждевременной закупорке, остановкам и необходимости ремонтных работ. Если они слишком велики, они позволяют твердым частицам свободно попадать в производственный процесс, что может привести к коррозии нефтяных труб, повреждению насосов механизированной добычи, промывке поверхностных штуцеров и заполнению поверхностных сепараторов, что потребует пескоструйной обработки и утилизации. Эта ситуация требует простого и экономичного решения, которое может продлить срок службы перекачивать и покрывать широкий спектр размеров песка.
Чтобы удовлетворить эту потребность, было проведено исследование использования клапанных узлов в сочетании с проволочной сеткой из нержавеющей стали, которая нечувствительна к полученному распределению твердых частиц. Исследования показали, что проволочная сетка из нержавеющей стали с переменным размером пор и трехмерной структурой может эффективно контролировать твердые частицы различных размеров, не зная распределения размера частиц образующихся твердых частиц. Проволочная сетка из нержавеющей стали 3D может эффективно контролировать песчинки всех размеров без необходимости дополнительной вторичной фильтрации.
Узел клапана, установленный в нижней части фильтра, позволяет продолжать добычу до тех пор, пока ЭЦН не будет извлечен. Он предотвращает извлечение ЭЦН сразу после перекрытия фильтра. Полученный в результате экран для предотвращения выноса песка на входе и узел клапана защищают ЭЦН, штанговые подъемные насосы и заканчивание газлифта от твердых частиц во время добычи за счет очистки потока жидкости и обеспечивают экономически эффективное решение для продления срока службы насоса без необходимости адаптации характеристик резервуара для различных ситуаций.
Конструкция защиты насоса первого поколения. Узел защиты насоса, использующий фильтры из нержавеющей стали, был развернут в паровой гравитационной дренажной скважине в Западной Канаде для защиты ЭЦН от твердых частиц во время добычи. Фильтры отфильтровывают вредные твердые частицы из добываемой жидкости, когда она поступает в эксплуатационную колонну. Внутри эксплуатационной колонны жидкости поступают на вход ЭЦН, где они перекачиваются на поверхность. Между экраном и ЭЦН можно установить пакеры, чтобы обеспечить зональную изоляцию между продуктивной зоной и верхним стволом скважины.
С течением времени кольцевое пространство между фильтром и обсадной трубой имеет тенденцию к забиванию песком, что увеличивает гидравлическое сопротивление. В конечном итоге кольцевое пространство полностью перекрывается, останавливает поток и создает перепад давления между стволом скважины и эксплуатационной колонной, как показано на рис. 3. В этот момент жидкость больше не может поступать к ЭЦН, и колонна заканчивания должна быть протянута.В зависимости от ряда переменных, связанных с образованием твердых частиц, продолжительность, необходимая для остановки потока через перемычку для твердых частиц на экране, может быть меньше, чем продолжительность, которая позволила бы ЭЦН перекачивать жидкость с твердыми частицами в среднее время между отказами на землю, поэтому было разработано второе поколение компонентов.
Узел защиты насоса второго поколения. Фильтр PumpGuard* на входе и система клапана в сборе подвешены под насосом REDA* на рис. 4, что является примером нетрадиционного заканчивания ЭЦН. После того, как скважина начнет добычу, фильтр фильтрует твердые частицы в процессе добычи, но начнет медленно смешиваться с песком и создавать перепад давления. Песок может свободно вырываться из кольцевого пространства, что снижает сопротивление потоку через фильтр и позволяет потоку возобновиться. Когда перепад давления падает, клапан возвращается в закрытое положение и возобновляются нормальные условия потока. Повторяйте этот цикл до тех пор, пока не возникнет необходимость вытащить ЭЦН из скважины для обслуживания. Тематические исследования, описанные в этой статье, демонстрируют, что система способна значительно продлить срок службы насоса по сравнению с одним лишь завершением работы с фильтрацией.
Для недавней установки было введено экономичное решение для изоляции зоны между проволочной сеткой из нержавеющей стали и ЭЦН. Пакер, направленный вниз, установлен над секцией экрана. Над пакером-чашпой дополнительные перфорации центральной трубы обеспечивают путь потока добываемой жидкости, мигрирующей из внутренней части сетки в кольцевое пространство над пакером, где жидкость может поступать на вход ЭЦН.
Фильтр из проволочной сетки из нержавеющей стали, выбранный для этого решения, предлагает несколько преимуществ по сравнению с типами 2D-сеток на основе зазоров. 2D-фильтры в основном основаны на частицах, перекрывающих зазоры или щели фильтра для создания мешков с песком и обеспечения контроля песка. Однако, поскольку для экрана можно выбрать только одно значение зазора, экран становится очень чувствительным к гранулометрическому составу добываемой жидкости.
Напротив, толстый сетчатый слой фильтров из проволочной сетки из нержавеющей стали обеспечивает высокую пористость (92 %) и большую площадь проходного сечения (40 %) для добытого скважинного флюида. Фильтр сконструирован путем сжатия нетканой сетки из нержавеющей стали и наматывания ее непосредственно на перфорированную центральную трубу, а затем заключен в перфорированную защитную оболочку, которая приварена к центральной трубке с каждого конца. Распределение пор в сетчатом слое, неравномерная угловая ориентация (от 15 мкм до 600 мкм) позволяет безвредным мелким частицам течь вдоль трехмерного пути потока к центральной трубе после того, как более крупные и вредные частицы задерживаются в сетке. Испытания на удержание песка на образцах этого сита показали, что фильтр сохраняет высокую проницаемость, поскольку жидкость проходит через сито. Эффективно, этот фильтр с одним «размером» может обрабатывать все распределения размеров частиц добываемых флюидов. резервуаров и имеет обширный послужной список успешных установок.
Клапан в сборе состоит из подпружиненного клапана, который обеспечивает односторонний поток в колонну насосно-компрессорных труб из производственной зоны. Регулируя предварительное натяжение цилиндрической пружины перед установкой, клапан можно настроить для достижения желаемого давления срабатывания в зависимости от применения. Обычно клапан проходит под проволочной сеткой из нержавеющей стали, чтобы обеспечить вторичный путь потока между резервуаром и ЭЦН. В некоторых случаях несколько клапанов и сеток из нержавеющей стали работают последовательно, при этом средний клапан имеет более низкое давление срабатывания, чем нижний клапан.
Со временем частицы пласта заполняют кольцевое пространство между наружной поверхностью экрана узла защиты насоса и стенкой эксплуатационной колонны. По мере заполнения полости песком и консолидации частиц перепад давления на мешок с песком увеличивается. Когда этот перепад давления достигает заданного значения, конусный клапан открывается и пропускает поток непосредственно через входное отверстие насоса. близко. Таким образом, насос может видеть поток непосредственно из клапана только в течение короткого периода времени. Это продлевает срок службы насоса, так как большая часть потока представляет собой жидкость, отфильтрованную через песчаный фильтр.
Система защиты насосов эксплуатировалась с пакерами в трех разных скважинах в бассейне Делавэр в США. Основная цель — сократить количество пусков и остановов ЭЦН из-за перегрузок, связанных с песком, и повысить доступность ЭЦН для повышения производительности. Система защиты насосов подвешена к нижнему концу колонны ЭЦН. более 22%.
Скважина. Система ЭЦН была установлена ​​на новой скважине для бурения и гидроразрыва пласта в округе Мартин, штат Техас. Вертикальная часть скважины составляет примерно 9000 футов, а горизонтальная часть достигает 12 000 футов, измеренная глубина (MD). Для первых двух заканчиваний скважинная система вихревого сепаратора песка с шестью соединениями хвостовика была установлена ​​как неотъемлемая часть заканчивания ЭЦН. и вибрация). Анализ разборки вытащенного ЭЦН показал, что узел вихревого газоотделителя был забит посторонними частицами, которые оказались песком, поскольку он немагнитен и не вступает в химическую реакцию с кислотой.
В третьей установке ЭЦН проволочная сетка из нержавеющей стали заменила сепаратор песка в качестве средства контроля пескопроявления ЭЦН. После установки новой системы защиты насоса ЭЦН продемонстрировал более стабильное поведение, сократив диапазон колебаний тока двигателя с ~ 19 А для установки № 2 до ~ 6,3 А для установки № 3. Вибрация стала более стабильной, и тенденция уменьшилась на 75%. количество остановов сокращается на 100%, а ESP работает с низкой вибрацией.
Скважина B. В одной скважине недалеко от Юнис, штат Нью-Мексико, на другой нетрадиционной скважине был установлен УЭЦН, но не было защиты насоса. После первоначального падения загрузки УЭЦН начал работать неустойчиво. Колебания тока и давления связаны с пиками вибрации. сила тока и меньшая вибрация. На момент публикации второй запуск ESP проработал более 300 дней, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущей установкой.
Скважина C. Третья установка системы на объекте была проведена в Ментоне, штат Техас, специализированной нефтегазовой компанией, которая столкнулась с перебоями в работе и отказами ЭЦН из-за выноса песка и хотела увеличить время безотказной работы насоса. Обычно операторы используют скважинные сепараторы песка с хвостовиком в каждой скважине ЭЦН. с защитой насоса срок службы ЭЦН увеличивается на 22 % при более стабильном перепаде давления и улучшенном времени безотказной работы, связанной с ЭЦН.
Количество остановов, связанных с песком и твердыми частицами, во время работы уменьшилось на 75 %, с 8 случаев перегрузки в первой установке до двух во второй установке, а количество успешных перезапусков после отключения из-за перегрузки увеличилось на 30 %, с 8 в первой установке.Всего на вторичной установке было выполнено 12 мероприятий, всего 8 мероприятий, что позволило снизить электрические нагрузки на оборудование и увеличить срок службы ЭЦН.
На рис. 5 показано резкое увеличение входного давления (синий цвет), когда сетка из нержавеющей стали заблокирована, а узел клапана открыт. Эта характеристика давления может еще больше повысить эффективность производства за счет прогнозирования отказов ЭЦН, связанных с песком, поэтому можно планировать операции по замене буровыми установками для капитального ремонта.
1 Мартинс Дж. А., Роса Э. С., Робсон С. «Экспериментальный анализ вихревой трубы в качестве забойного пескоотделителя», документ SPE 94673-MS, представленный на конференции SPE по нефтяной инженерии в Латинской Америке и Карибском бассейне, Рио-де-Жанейро, Бразилия, 20 июня – 23 февраля 2005 г. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Эта статья содержит элементы из документа SPE 207926-MS, представленного на Международной нефтяной выставке и конференции в Абу-Даби, ОАЭ, 15–18 ноября 2021 года.
На все материалы строго распространяются законы об авторском праве, пожалуйста, ознакомьтесь с нашими Условиями использования, Политикой в ​​отношении файлов cookie и Политикой конфиденциальности перед использованием этого сайта.