Dokazano je, da komponente za zaščito črpalk ščitijo črpalke pred peskom in podaljšujejo življenjsko dobo ESP-jev v nekonvencionalnih vrtinah. Ta rešitev nadzoruje povratni tok frak peska in drugih trdnih delcev, ki lahko povzročijo preobremenitve in izpade. Omogočena tehnologija odpravlja težave, povezane z negotovostjo porazdelitve velikosti delcev.
Ker se vse več naftnih vrtin zanaša na ESP, postaja podaljševanje življenjske dobe sistemov z električnim potopnim črpanjem (ESP) vse pomembnejše. Življenjska doba in zmogljivost črpalk z umetnim dvigom sta občutljiva na trdne snovi v proizvedenih tekočinah. Življenjska doba in zmogljivost ESP sta se znatno zmanjšali s povečanjem trdnih delcev. Poleg tega trdne snovi povečajo čas izpadov vrtine in pogostost remonta, ki je potrebna za zamenjavo ESP.
Trdni delci, ki pogosto tečejo skozi črpalke z umetnim dvigom, vključujejo formacijski pesek, propante za hidravlično lomljenje, cement in erodirane ali korodirane kovinske delce. Tehnologije v vrtini, zasnovane za ločevanje trdnih delcev, segajo od nizko učinkovitih ciklonov do visoko učinkovite 3D žične mreže iz nerjavečega jekla. V vrtinčnem razpršilniku se že desetletja uporabljajo v običajnih vrtinah in se uporabljajo predvsem za zaščito črpalk pred velikimi delcev med proizvodnjo. Vendar so nekonvencionalne vrtine podvržene občasnemu pretoku polžev, zaradi česar obstoječa tehnologija vrtinčnega separatorja v vrtini deluje le občasno.
Za zaščito ESP-jev je bilo predlaganih več različnih variant kombiniranih zaslonov za nadzor peska in vrtinčnih razpršilnikov v vrtini. Vendar pa obstajajo vrzeli v zaščiti in proizvodni učinkovitosti vseh črpalk zaradi negotovosti v porazdelitvi velikosti in prostornini trdnih snovi, ki jih proizvede vsaka vrtina. Negotovost poveča dolžino komponent za nadzor peska, s čimer se zmanjša globina, na katero je mogoče nastaviti ESP, omejuje potencial upadanja rezervoarja ESP in negativno vpliva na Pri nekonvencionalnih vrtinah so zaželene globlje nastavitvene globine. Vendar pa je uporaba odstranjevalcev peska in blatnih sider z moškim čepom za obešanje dolgih, togih sklopov za nadzor peska v odsekih ohišja z izboljšavami ESP MTBF, ki so omejene z visoko resnostjo izboklin. Korozija notranje cevi je še en vidik te zasnove, ki ni bil ustrezno ovrednoten.
Avtorji prispevka iz leta 2005 so predstavili eksperimentalne rezultate separatorja peska v vrtini, ki temelji na ciklonski cevi (slika 1), ki je bil odvisen od delovanja ciklona in gravitacije, da bi pokazali, da je učinkovitost ločevanja odvisna od viskoznosti olja, hitrosti pretoka in velikosti delcev. Pokažejo, da je učinkovitost separatorja v veliki meri odvisna od končne hitrosti delcev. Učinkovitost ločevanja se zmanjšuje z zmanjšanjem pretoka, zmanjšuje povečanje velikosti trdnih delcev in povečanje viskoznosti olja, slika 2. Pri tipičnem ciklonskem cevnem separatorju v vrtini učinkovitost ločevanja pade na ~10 %, ko velikost delcev pade na ~100 µm.Poleg tega je vrtinčni separator s povečanjem pretoka izpostavljen erozijski obrabi, kar vpliva na življenjsko dobo strukturnih komponent.
Naslednja logična alternativa je uporaba 2D zaslona za nadzor peska z definirano širino reže. Velikost in porazdelitev delcev sta pomembna vidika pri izbiri sita za filtriranje trdnih snovi pri konvencionalni ali nekonvencionalni proizvodnji vrtin, vendar so lahko neznani. Trdne snovi lahko prihajajo iz rezervoarja, vendar se lahko razlikujejo od pete do pete;alternativno bo morda moralo sito filtrirati pesek iz hidravličnega lomljenja. V obeh primerih so lahko stroški zbiranja trdnih delcev, analize in testiranja previsoki.
Če zaslon 2D cevi ni pravilno konfiguriran, lahko rezultati ogrozijo ekonomičnost vrtine. Premajhne odprtine peskanega sita lahko povzročijo prezgodnje zamašitev, zaustavitve in potrebo po sanacijskih delih. Če so prevelike, omogočajo prost vstop trdnih snovi v proizvodni proces, kar lahko razjeda naftovode, poškoduje črpalke za umetno dviganje, izplakne površinske dušilke in napolni površinske separatorje, kar zahteva peskanje in odlaganje. .Ta situacija zahteva preprosto, stroškovno učinkovito rešitev, ki lahko podaljša življenjsko dobo črpalke in pokrije široko porazdelitev velikosti peska.
Da bi zadovoljili to potrebo, je bila izvedena študija o uporabi sklopov ventilov v kombinaciji z žično mrežo iz nerjavečega jekla, ki je neobčutljiva na posledično porazdelitev trdnih delcev. Študije so pokazale, da lahko žičnata mreža iz nerjavečega jekla s spremenljivo velikostjo por in 3D-strukturo učinkovito nadzoruje trdne delce različnih velikosti, ne da bi poznala porazdelitev velikosti delcev nastalih trdnih delcev. 3D-žična mreža iz nerjavečega jekla lahko učinkovito nadzoruje zrna peska vseh velikosti, ne da bi potreba po dodatni sekundarni filtraciji.
Sklop ventila, nameščen na dnu sita, omogoča nadaljevanje proizvodnje, dokler se ESP ne izvleče ven. Preprečuje, da bi se ESP pridobil takoj, ko je sito premoščeno. Nastali zaslon za nadzor vstopnega peska in sklop ventila ščitita ESP, črpalke za dviganje drogov in zaključke plinskega dvigala pred trdnimi snovmi med proizvodnjo s čiščenjem pretoka tekočine in zagotavlja stroškovno učinkovito rešitev za podaljšanje življenjske dobe črpalke, ne da bi bilo treba prilagoditi značilnosti rezervoarja za različne situacije.
Zasnova zaščite črpalke prve generacije. Zaščitni sklop črpalke, ki uporablja sita iz nerjaveče jeklene volne, je bil nameščen v vodnjaku za gravitacijsko drenažo s paro v zahodni Kanadi, da zaščiti ESP pred trdnimi delci med proizvodnjo. Zasloni filtrirajo škodljive trdne snovi iz proizvodne tekočine, ko ta vstopi v proizvodni niz. Znotraj proizvodnega niza tekočine tečejo do vstopa ESP, kjer se črpajo na površino. med proizvodno cono in zgornjo vrtino.
V času proizvodnje se obročasti prostor med zaslonom in ohišjem nagiba k premostitvi s peskom, kar poveča upor proti toku. Sčasoma se obroč popolnoma premosti, ustavi tok in ustvari tlačno razliko med vrtino in proizvodnim nizom, kot je prikazano na sliki 3. Na tej točki tekočina ne more več teči v ESP in je treba potegniti zaključni niz.Odvisno od številnih spremenljivk, povezanih s proizvodnjo trdnih delcev, je lahko trajanje, potrebno za zaustavitev pretoka skozi most trdnih delcev na zaslonu, krajše od trajanja, ki bi ESP omogočilo črpanje tekočine, obremenjene s trdnimi delci, v povprečju med okvarami na tla, zato je bila razvita druga generacija komponent.
Druga generacija zaščitnega sklopa črpalke. PumpGuard* zaslon za nadzor peska na vstopu in sistem sklopa ventila je obešen pod črpalko REDA* na sliki 4, kar je primer nekonvencionalnega zaključka ESP. Ko vrtina začne proizvajati, zaslon filtrira trdne delce v proizvodnji, vendar se bo začel počasi premostiti s peskom in ustvariti diferencialni tlak. Ko ta diferenčni tlak doseže nastavljeni tlak pokanja ventila, se ventil odpre in omogoči tekočini, da teče neposredno v cevni niz do ESP. Ta pretok izenači diferencialni tlak čez sito in sprosti oprijem vreč s peskom na zunanji strani sita. Pesek lahko prosto izbruhne iz obroča, kar zmanjša upor pretoka skozi sito in omogoči ponovni pretok. Ko diferenčni tlak pade, se ventil vrne v zaprt položaj in normalni pogoji pretoka se nadaljujejo. Ta cikel ponavljajte, dokler ni treba ESP izvleči iz luknje za servisiranje. študije, poudarjene v tem članku, kažejo, da je sistem sposoben znatno podaljšati življenjsko dobo črpalke v primerjavi s samim izvajanjem presejalnega zaključka.
Za nedavno namestitev je bila uvedena stroškovno usmerjena rešitev za izolacijo območja med žično mrežo iz nerjavečega jekla in ESP. Navzdol obrnjeni čašičasti paker je nameščen nad sito. Nad čašarskim pakerjem dodatne sredinske perforacije zagotavljajo pretočno pot za proizvedeno tekočino, ki se seli iz notranjosti sita v obročasti prostor nad pakerjem, kjer lahko tekočina vstopi v vstop ESP.
Mrežni filter iz nerjavečega jekla, izbran za to rešitev, ponuja več prednosti pred vrstami 2D-mrež, ki temeljijo na vrzeli. 2D-filtri se zanašajo predvsem na delce, ki zajemajo filtrirne vrzeli ali reže, da ustvarijo vreče s peskom in zagotovijo nadzor peska. Ker pa je za zaslon mogoče izbrati samo eno vrednost reže, zaslon postane zelo občutljiv na porazdelitev velikosti delcev proizvedene tekočine.
Nasprotno pa gosta mrežna postelja filtrov iz žične mreže iz nerjavečega jekla zagotavlja visoko poroznost (92 %) in veliko odprto pretočno površino (40 %) za proizvedeno tekočino iz vrtine. Filter je izdelan tako, da stisne mrežo iz flisa iz nerjavečega jekla in jo ovije neposredno okoli perforirane osrednje cevi, nato pa jo zapre v perforiran zaščitni pokrov, ki je privarjen na osrednjo cev na vsakem koncu. Porazdelitev por v mrežasti postelji, enakomerna kotna usmerjenost (v razponu od 15 µm do 600 µm) omogoča neškodljivim drobnim delcem, da tečejo vzdolž 3D pretočne poti proti osrednji cevi, potem ko se večji in škodljivi delci ujamejo v mrežico. Testiranje zadrževanja peska na vzorcih tega sita je pokazalo, da filter ohranja visoko prepustnost, ker skozi sito nastaja tekočina. Dejansko lahko ta filter z eno samo velikostjo obravnava vse porazdelitve velikosti delcev proizvedenih tekočin. To sito iz volne iz nerjavečega jekla je v osemdesetih letih prejšnjega stoletja razvil glavni operater posebej za samostojne zaključke sita v rezervoarjih, stimuliranih s paro, in ima obsežno evidenco uspešnih namestitev.
Sklop ventila je sestavljen iz vzmetno obremenjenega ventila, ki omogoča enosmerni pretok v cevni niz iz proizvodnega območja. S prilagoditvijo prednapetosti vijačne vzmeti pred namestitvijo je mogoče ventil prilagoditi, da doseže želeni tlak pokanja za aplikacijo. Običajno je ventil nameščen pod žično mrežo iz nerjavečega jekla, da se zagotovi sekundarna pretočna pot med rezervoarjem in ESP. V nekaterih primerih več ventilov in mrež iz nerjavečega jekla deluje zaporedno. , pri čemer ima srednji ventil nižji tlak pokanja kot najnižji ventil.
Sčasoma delci tvorbe napolnijo obročasto območje med zunanjo površino zaslona zaščitnega sklopa črpalke in steno proizvodnega ohišja. Ko se votlina napolni s peskom in se delci utrdijo, se poveča padec tlaka na vrečki s peskom. Ko ta padec tlaka doseže prednastavljeno vrednost, se stožčasti ventil odpre in omogoči pretok neposredno skozi dovod črpalke. Na tej stopnji lahko tok skozi cev razbije predhodno utrjen pesek vzdolž ex terior mrežastega filtra. Zaradi zmanjšane razlike v tlaku se bo pretok nadaljeval skozi rešetko in sesalni ventil se bo zaprl. Zato lahko črpalka vidi pretok neposredno iz ventila le kratek čas. To podaljša življenjsko dobo črpalke, saj večino pretoka predstavlja tekočina, filtrirana skozi peščeno mrežico.
Zaščitni sistem črpalke je deloval s pakerji v treh različnih vrtinah v bazenu Delaware v Združenih državah. Glavni cilj je zmanjšati število zagonov in zaustavitev ESP zaradi preobremenitev, povezanih s peskom, in povečati razpoložljivost ESP za izboljšanje proizvodnje. Zaščitni sistem črpalke je obešen na spodnjem koncu niza ESP. Rezultati naftne vrtine kažejo stabilno delovanje črpalke, zmanjšano vibracijo in intenzivnost toka ter tehnologijo zaščite črpalke. Po namestitvi novega sistema, pesek in trdne snovi s tem povezani izpadi so se zmanjšali za 75 %, življenjska doba črpalke pa se je podaljšala za več kot 22 %.
Vrtina. Sistem ESP je bil nameščen v novo vrtino za vrtanje in lomljenje v okrožju Martin v Teksasu. Navpični del vrtine je približno 9000 čevljev, vodoravni del pa sega do 12.000 čevljev, izmerjena globina (MD). Za prva dva dokončanja je bil kot sestavni del zaključka ESP nameščen vrtinčni sistem za ločevanje peska v vrtini s šestimi povezavami cevi. Za dve zaporedni namestitvi z uporabo iste vrste separatorja peska je bilo opaženo nestabilno obnašanje parametrov delovanja ESP (trenutna jakost in vibracije). Analiza demontaže vlečene enote ESP je pokazala, da je sklop vrtinčnega separatorja plinov zamašen s tujki, za katere je bilo ugotovljeno, da je pesek, ker ni magneten in kemično ne reagira s kislino.
V tretji namestitvi ESP je žična mreža iz nerjavečega jekla nadomestila separator peska kot sredstvo za nadzor peska ESP. Po namestitvi novega zaščitnega sistema črpalke je ESP pokazal stabilnejše obnašanje, zmanjšal obseg nihanj toka motorja s ~19 A za namestitev št. 2 na ~6,3 A za namestitev št. prejšnje namestitve in pridobil dodatnih 100 psi padca tlaka. Izklopi ESP zaradi preobremenitve so zmanjšani za 100 % in ESP deluje z nizkimi vibracijami.
Vrtina B. V eni vrtini blizu mesta Eunice v Novi Mehiki je imela druga nekonvencionalna vrtina nameščen ESP, vendar brez zaščite črpalke. Po začetnem padcu zagona se je ESP začel neenakomerno obnašati. Nihanja toka in tlaka so povezana z vibracijskimi skoki. Po vzdrževanju teh pogojev 137 dni je ESP odpovedal in nameščen je bil nadomestni. Druga namestitev vključuje nov sistem zaščite črpalke z enako konfiguracijo ESP. Ko je vrtina nadaljevala s proizvodnjo , je ESP deloval normalno, s stabilno amperažo in manj tresljajev. V času objave je druga serija ESP dosegla več kot 300 dni delovanja, kar je znatno izboljšanje v primerjavi s prejšnjo namestitvijo.
Vodnjak C. Tretja namestitev sistema na kraju samem je bila izvedena v Mentoneju v Teksasu s strani specializiranega podjetja za nafto in plin, ki je imelo izpade in okvare ESP zaradi proizvodnje peska in je želelo izboljšati čas delovanja črpalke. Operaterji običajno uporabljajo separatorje peska v vrtini z oblogo v vsaki vrtini ESP. Ko pa se obloga napolni s peskom, bo separator omogočil, da pesek teče skozi del črpalke, kar razjeda stopnjo črpalke, ležaje in gred, kar povzroči izgubo vzgona. Po zagonu novega sistema z zaščito črpalke ima ESP 22 % daljšo življenjsko dobo s stabilnejšim padcem tlaka in boljšim časom delovanja, povezanim z ESP.
Število zaustavitev zaradi peska in trdnih delcev med delovanjem se je zmanjšalo za 75 %, z 8 dogodkov preobremenitve v prvi namestitvi na dva v drugi namestitvi, število uspešnih ponovnih zagonov po zaustavitvi zaradi preobremenitve pa se je povečalo za 30 % z 8 v prvi namestitvi.V sekundarni namestitvi je bilo izvedenih skupno 12 dogodkov, skupaj 8 dogodkov, kar je zmanjšalo električno obremenitev opreme in podaljšalo življenjsko dobo ESP.
Slika 5 prikazuje nenadno povečanje podpisa vstopnega tlaka (modro), ko je mreža iz nerjavečega jekla blokirana in je sklop ventila odprt. Ta podpis tlaka lahko dodatno izboljša učinkovitost proizvodnje s predvidevanjem okvar ESP, povezanih s peskom, tako da je mogoče načrtovati nadomestne operacije z napravami za obnovo.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, »Eksperimentalna analiza vrtinčne cevi kot naprave za odstranjevanje peska v vrtini«, dokument SPE 94673-MS, predstavljen na konferenci naftnega inženirstva SPE Latinske Amerike in Karibov, Rio de Janeiro, Brazilija, 20. junij – 23. februar 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS .
Ta članek vsebuje elemente iz dokumenta SPE 207926-MS, predstavljenega na Mednarodni naftni razstavi in ​​konferenci v Abu Dabiju v ZAE od 15. do 18. novembra 2021.
Za vsa gradiva veljajo strogo uveljavljeni zakoni o avtorskih pravicah. Pred uporabo tega mesta preberite naše Pogoje in določila, Politiko piškotkov in Politiko zasebnosti.