Komponenty na ochranu čerpadiel preukázateľne chránia čerpadlá pred pieskom a predlžujú prevádzkovú životnosť ESP v nekonvenčných studniach. Toto riešenie riadi spätný tok frakcie piesku a iných pevných látok, ktoré môžu spôsobiť preťaženie a prestoje. Táto technológia odstraňuje problémy spojené s neistotou distribúcie veľkosti častíc.
Keďže stále viac a viac ropných vrtov sa spolieha na ESP, predlžovanie životnosti elektrických ponorných čerpacích systémov (ESP) je čoraz dôležitejšie. Prevádzková životnosť a výkon čerpadiel s umelým zdvihom sú citlivé na pevné látky v produkovaných kvapalinách. Prevádzková životnosť a výkon ESP sa výrazne znížili s nárastom pevných častíc. Okrem toho pevné látky predlžujú prestoje vrtu a frekvenciu prác potrebnú na výmenu ESP.
Pevné častice, ktoré často pretekajú cez umelé čerpadlá, zahŕňajú formačný piesok, hydraulické štiepiace propanty, cement a erodované alebo skorodované kovové častice.Downhole technológie určené na separáciu pevných látok siahajú od nízkoúčinných cyklónov po vysokoúčinné 3D drôtené pletivo z nehrdzavejúcej ocele.Downhole vírové dezandery sa používajú v konvenčných vrtoch už desaťročia, ako sa používajú na ochranu pred veľkými vrtmi po celé desaťročia, a sú primárne využívané na ochranu pred veľkými vrtmi tent slim flow, čo vedie k tomu, že existujúca technológia vírových separátorov v hĺbke funguje len prerušovane.
Na ochranu ESP bolo navrhnutých niekoľko rôznych variantov kombinovaných sít na reguláciu piesku a hĺbkových vírových dezanderov. Existujú však medzery v ochrane a výrobnom výkone všetkých čerpadiel kvôli neistote v distribúcii veľkosti a objeme pevných látok produkovaných každým vrtom. Neistota zvyšuje dĺžku komponentov na reguláciu piesku, čím sa znižuje hĺbka, na ktorú je možné nastaviť ESP, obmedzuje sa negatívny vplyv na nádrž a obmedzuje sa ekonomický potenciál ESP. konvenčné studne.Avšak použitie odbrúsovačov a blatových kotiev na zavesenie dlhých pevných pieskových kontrolných zostáv v sekciách plášťa s vysokou tvrdosťou obmedzeného ESP MTBF vylepšeniami. Korózia vnútornej rúry je ďalším aspektom tohto dizajnu, ktorý nebol dostatočne vyhodnotený.
Autori článku z roku 2005 prezentovali experimentálne výsledky hĺbkového odlučovača piesku založeného na cyklónovej trubici (obrázok 1), ktoré záviseli od pôsobenia cyklónu a gravitácie, aby ukázali, že účinnosť separácie závisí od viskozity oleja, prietoku a veľkosti častíc. Ukazujú, že účinnosť separátora je do značnej miery závislá od konečnej rýchlosti odlučovania častíc, čím sa zvyšuje účinnosť prietoku pevných častíc, zvyšuje sa účinnosť odlučovania a znižovanie veľkosti častíc. , Obrázok 2. Pre typický cyklónový rúrkový odlučovač klesá účinnosť separácie na ~10%, keď veľkosť častíc klesá na ~100 µm.Okrem toho, keď sa rýchlosť prietoku zvyšuje, vírový separátor podlieha opotrebovaniu eróziou, čo ovplyvňuje životnosť konštrukčných komponentov.
Ďalšou logickou alternatívou je použitie 2D sita na kontrolu piesku s definovanou šírkou štrbiny. Veľkosť a distribúcia častíc sú dôležitými faktormi pri výbere sitiek na filtrovanie pevných látok v konvenčnej alebo nekonvenčnej výrobe vrtu, ale môžu byť neznáme. Pevné látky môžu pochádzať zo zásobníka, ale môžu sa líšiť od päty k päte;prípadne sito môže vyžadovať filtráciu piesku z hydraulického štiepenia. V oboch prípadoch môžu byť náklady na zber pevných látok, analýzu a testovanie príliš vysoké.
Ak nie je 2D hadicové sito správne nakonfigurované, výsledky môžu ohroziť ekonomiku studne. Príliš malé otvory pieskového sita môžu viesť k predčasnému upchatiu, odstaveniu a potrebe nápravných prác. Ak sú príliš veľké, umožňujú pevným častiam voľne vstúpiť do výrobného procesu, čo môže korodovať olejové potrubia, poškodiť umelé čerpadlá na zdvíhanie piesku, vyplachovať povrchové odlučovače a vyžadovať si efektívnu likvidáciu povrchu, dusenie a náklady. životnosť čerpadla a pokrývajú širokú distribúciu veľkostí piesku.
Na splnenie tejto potreby bola vykonaná štúdia o použití ventilových zostáv v kombinácii s drôtenou sieťkou z nehrdzavejúcej ocele, ktorá nie je citlivá na výslednú distribúciu pevných látok. Štúdie ukázali, že drôtená sieť z nehrdzavejúcej ocele s premenlivou veľkosťou pórov a 3D štruktúrou môže efektívne kontrolovať pevné častice rôznych veľkostí bez znalosti distribúcie veľkosti častíc výsledných pevných látok.
Zostava ventilu namontovaná na spodnej časti sita umožňuje pokračovať vo výrobe, kým sa ESP nevytiahne. Zabraňuje tomu, aby sa ESP získalo ihneď po premostení sita. Výsledná sito na reguláciu vstupného piesku a ventilová zostava chráni ESP, čerpadlá zdvihu tyče a komplety plynového zdvihu od pevných látok počas výroby čistením prietoku kvapaliny a poskytuje nákladovo efektívne riešenie na predĺženie životnosti čerpadla bez toho, aby ste museli prispôsobovať charakteristiky nádrže pre rôzne situácie.
Konštrukcia ochrany čerpadla prvej generácie. Ochranná zostava čerpadla využívajúca sitá z nehrdzavejúcej ocele bola nasadená v parnej gravitačnej drenážnej studni v Západnej Kanade na ochranu ESP pred pevnými látkami počas výroby. Sitá filtrujú škodlivé pevné látky z výrobnej tekutiny, keď vstupujú do výrobného reťazca. V rámci výrobného reťazca prúdia tekutiny do vstupu ESP, kde sú čerpané na povrch. Baliče a produkčná zóna sa môžu spúšťať medzi horným sitom a zónou ESP.
V priebehu výrobného času má prstencový priestor medzi sitom a plášťom tendenciu premosťovať sa pieskom, čo zvyšuje prietokový odpor. Nakoniec sa prstenec úplne premostí, zastaví prietok a vytvorí tlakový rozdiel medzi vrtom a výrobnou kolónou, ako je znázornené na obrázku 3. V tomto bode už tekutina nemôže prúdiť do ESP a musí sa ťahať dokončovacia šnúra.V závislosti od množstva premenných súvisiacich s produkciou pevných látok môže byť trvanie potrebné na zastavenie prietoku cez mostík pevných látok na sito kratšie ako trvanie, ktoré by umožnilo ESP čerpať kvapalinu naplnenú pevnými látkami stredný čas medzi poruchami na zem, preto bola vyvinutá druhá generácia komponentov.
Zostava ochrany čerpadla druhej generácie. Sito na reguláciu vstupného piesku a ventilový systém PumpGuard* je zavesený pod čerpadlom REDA* na obrázku 4, príklad nekonvenčného dokončenia ESP. Akonáhle sa vrt vyrobí, sito filtruje pevné častice vo výrobe, ale začne sa pomaly premosťovať s pieskom a vytvárať tlakový rozdiel. Keď tento tlakový rozdiel dosiahne nastavený rozdiel tlaku ventilu, dôjde k priamemu otvoreniu prietoku ESP, čím dôjde k priamemu otvoreniu prietoku ESP, čím sa ventil otvorí. cez sito, uvoľnenie zovretia vriec s pieskom na vonkajšej strane sita. Piesok sa môže voľne vylamovať z prstenca, čo znižuje odpor prietoku cez sito a umožňuje obnovenie prietoku. Keď tlakový rozdiel klesne, ventil sa vráti do zatvorenej polohy a obnovia sa normálne prietokové podmienky. Tento cyklus opakujte, kým nie je potrebné vytiahnuť ESP z otvoru kvôli servisu. Tento článok o samotnom predĺžení životnosti čerpadla v porovnaní so samotným spustením čerpadla výrazne predĺži životnosť.
Pre nedávnu inštaláciu bolo zavedené cenovo výhodné riešenie na izoláciu plochy medzi drôtenou sieťou z nehrdzavejúcej ocele a ESP. Nad sitovou sekciou je namontovaný nadol smerujúci hrncový pakr. Nad miskovitým pakrom poskytujú ďalšie perforácie stredovej rúrky dráhu toku vyrobenej tekutiny, ktorá migruje z vnútra sita do prstencového priestoru nad pakrom, kde tekutina môže vstúpiť do vstupu ESP.
Nehrdzavejúci oceľový drôtený sieťový filter vybraný pre toto riešenie ponúka niekoľko výhod oproti 2D sieťovým typom založeným na medzere. 2D filtre sa spoliehajú predovšetkým na častice presahujúce medzery filtra alebo štrbiny na vytváranie vriec s pieskom a zabezpečenie kontroly piesku. Keďže však pre sito možno vybrať iba jednu hodnotu medzery, sito sa stáva vysoko citlivým na distribúciu veľkosti častíc vyrábanej tekutiny.
Na rozdiel od toho, hrubé pletivo filtrov z drôteného pletiva z nehrdzavejúcej ocele poskytuje vysokú pórovitosť (92 %) a veľkú otvorenú prietokovú plochu (40 %) pre vyrobenú vrtnú kvapalinu. Filter je skonštruovaný stlačením sieťoviny z nehrdzavejúcej ocele a jej zabalením priamo okolo perforovanej stredovej rúrky, potom ju zapuzdrí v perforovanom ochrannom kryte, ktorý je privarený k centrálnej rúrke rozdeľovacej rúrky na oboch koncoch, pričom na oboch koncoch nie je potiahnutá sieťka. µm až 600 µm) umožňuje neškodným jemným časticiam prúdiť pozdĺž 3D prietokovej dráhy smerom k centrálnej trubici po tom, čo sa väčšie a škodlivé častice zachytia v sitku. Testovanie zadržania piesku na vzorkách tohto sita preukázalo, že filter si zachováva vysokú priepustnosť, pretože tekutina sa vytvára cez sito. Tento filter s jednou veľkosťou dokáže zvládnuť všetky typy filtrov s veľkosťou častíc 9, s ktorými sa stretávajú operátori z nehrdzavejúcej ocele 8 špecificky vyrobených pre distribúciu 9 nerezovej vlny. autonómne sito v nádržiach stimulovaných parou a má rozsiahle záznamy o úspešných inštaláciách.
Zostava ventilu pozostáva z pružinového ventilu, ktorý umožňuje jednosmerný prietok do potrubia z výrobnej oblasti. Nastavením predpätia špirálovej pružiny pred inštaláciou je možné ventil prispôsobiť tak, aby sa dosiahol požadovaný praskací tlak pre danú aplikáciu. Typicky je ventil vedený pod drôtenou sieťkou z nehrdzavejúcej ocele, aby sa zabezpečila sekundárna dráha prietoku medzi nádržou a ESP. V niektorých prípadoch majú ventily s nižším počtom trhlín a ventilov z nehrdzavejúcej ocele.
Časom formované častice vyplnia prstencovú oblasť medzi vonkajším povrchom ochranného krytu čerpadla a stenou výrobného puzdra. Keď sa dutina naplní pieskom a častice sa spevnia, pokles tlaku na vreci s pieskom sa zvýši. Keď tento pokles tlaku dosiahne prednastavenú hodnotu, kužeľový ventil sa otvorí a umožní prietok priamo cez vstup čerpadla. V tomto štádiu je prietok cez vonkajší sitový filter schopný rozbiť predtým znížený tlakový rozdiel. Pokračujte cez sito a sací ventil sa zatvorí. Preto čerpadlo vidí tok priamo z ventilu iba na krátky čas. Tým sa predlžuje životnosť čerpadla, pretože väčšinu prietoku tvorí kvapalina prefiltrovaná cez pieskové sito.
Systém ochrany čerpadla bol prevádzkovaný s pakrom v troch rôznych vrtoch v Delaware Basin v Spojených štátoch. Hlavným cieľom je znížiť počet spustení a zastavení ESP v dôsledku preťaženia súvisiaceho s pieskom a zvýšiť dostupnosť ESP s cieľom zlepšiť výrobu. Systém ochrany čerpadla je zavesený na spodnom konci reťazca ESP. Výsledky ropného vrtu ukazujú stabilný výkon čerpadla, znížené vibrácie a prúdovú intenzitu a vďaka novej technológii ochrany proti piesku sa životnosť čerpadla znížila o 5% a životnosť čerpadla sa zvýšila o 7 %. o viac ako 22 %.
Studňa. Systém ESP bol nainštalovaný v novom vrtnom a štiepacom vrte v okrese Martin v Texase. Vertikálna časť vrtu je približne 9 000 stôp a horizontálna časť siaha do 12 000 stôp, meraná hĺbka (MD). Pre prvé dve dokončenia bol nainštalovaný vírový odlučovač piesku so šiestimi pripojeniami vložiek s použitím rovnakého prevádzkového typu inštalácie ESP pre separáciu piesku ESP rovnakého typu, pre nestabilný typ inštalácie. Parametre (intenzita prúdu a vibrácie) boli pozorované. Demontážnou analýzou vytiahnutej jednotky ESP sa zistilo, že zostava vírivého odlučovača plynu bola zanesená cudzorodou látkou, ktorá bola určená ako piesok, pretože je nemagnetická a chemicky nereaguje s kyselinou.
V tretej inštalácii ESP drôtené pletivo z nehrdzavejúcej ocele nahradilo odlučovač piesku ako prostriedok kontroly piesku ESP. Po inštalácii nového ochranného systému čerpadla ESP vykazoval stabilnejšie správanie, čím sa znížil rozsah kolísania prúdu motora z ~19 A pre inštaláciu #2 na ~6,3 A pre inštaláciu #3. Vibrácie sú stabilnejšie a trend je znížený o 75 %. V porovnaní s predchádzajúcou inštaláciou bol veľmi stabilný aj malý kolísavý pokles tlaku 0 psi. .Vypnutie pri preťažení ESP je znížené o 100 % a ESP pracuje s nízkymi vibráciami.
Studňa B. V jednom vrte neďaleko Eunice v Novom Mexiku mal ďalší nekonvenčný vrt nainštalovaný ESP, ale bez ochrany čerpadla. Po počiatočnom poklese zavádzacieho systému ESP začal vykazovať nepravidelné správanie. Kolísanie prúdu a tlaku je spojené s výkyvmi vibrácií. Po udržiavaní týchto podmienok po dobu 137 dní ESP zlyhalo a bola nainštalovaná náhrada. Druhá inštalácia bola obnovená s novou konfiguráciou ESP. so stabilným prúdom a menšími vibráciami. V čase uverejnenia dosiahol druhý chod ESP viac ako 300 dní prevádzky, čo je výrazné zlepšenie oproti predchádzajúcej inštalácii.
Studňa C. Tretia inštalácia systému na mieste bola v Mentone, Texas, spoločnosťou špecializujúcou sa na ropu a zemný plyn, ktorá zaznamenala výpadky a poruchy ESP v dôsledku výroby piesku a chcela zlepšiť prevádzkovú dobu čerpadla. Prevádzkovatelia zvyčajne prevádzkujú hĺbkové odlučovače piesku s vložkou v každej studni ESP. Akonáhle sa však vložka naplní pieskom, separátor umožní, aby piesok pretekal cez čerpaciu časť a nový stupeň zdvíhacieho hriadeľa, čo má za následok koróziu. ako ochrana čerpadla má ESP o 22 % dlhšiu prevádzkovú životnosť so stabilnejším poklesom tlaku a lepšou prevádzkovou dobou súvisiacou s ESP.
Počet odstávok súvisiacich s pieskom a pevnými látkami počas prevádzky klesol o 75 %, z 8 udalostí preťaženia v prvej inštalácii na dve v druhej inštalácii a počet úspešných reštartov po odstavení z preťaženia sa zvýšil o 30 %, z 8 v prvej inštalácii.V sekundárnej inštalácii bolo vykonaných celkovo 12 udalostí, z celkového počtu 8 udalostí, čím sa znížilo elektrické namáhanie zariadenia a zvýšila sa životnosť ESP.
Obrázok 5 znázorňuje náhly nárast podpisu sacieho tlaku (modrý), keď je sieťka z nehrdzavejúcej ocele zablokovaná a zostava ventilu je otvorená. Tento podpis tlaku môže ďalej zlepšiť efektivitu výroby predpovedaním porúch ESP súvisiacich s pieskom, takže možno naplánovať operácie výmeny pracovných súprav.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Experimentálna analýza vírivej trubice ako zariadenia na dezinfekciu hĺbok“, dokument SPE 94673-MS, prezentovaný na konferencii SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazília, 20. júna – 23. februára 2005.130MS/doi.46/org
Tento článok obsahuje prvky z dokumentu SPE 207926-MS, ktorý bol prezentovaný na Medzinárodnej výstave a konferencii ropy v Abú Zabí v Abú Zabí, Spojené arabské emiráty, 15. – 18. novembra 2021.
Všetky materiály podliehajú prísne dodržiavaným zákonom o autorských právach. Pred použitím tejto stránky si prečítajte naše Podmienky používania, Zásady používania súborov cookie a Zásady ochrany osobných údajov.