Pumpskyddskomponenter har visat sig skydda pumpar från sand och förlänga livslängden för ESP:er i okonventionella brunnar. Denna lösning kontrollerar återflödet av fraktursand och andra fasta ämnen som kan orsaka överbelastningar och stillestånd. Den möjliggörande tekniken eliminerar problemen med osäkerhet om partikelstorleksfördelning.
Eftersom fler och fler oljekällor förlitar sig på ESP:er, blir det allt viktigare att förlänga livslängden för elektriska nedsänkbara pumpsystem (ESP). Driftstiden och prestanda för artificiella lyftpumpar är känsliga för fasta ämnen i producerade vätskor. Driftstiden och prestanda för ESP minskade avsevärt med ökningen av fasta partiklar. Dessutom ökar fasta ämnen den frekvens som krävs för att ESP ska stå stilla och ersättas.
Fasta partiklar som ofta strömmar genom artificiella lyftpumpar inkluderar formationssand, hydrauliska sprickbildningsproppmedel, cement och eroderade eller korroderade metallpartiklar. Nedhålsteknologier utformade för att separera fasta ämnen sträcker sig från lågeffektiva cykloner till högeffektiva 3D-trådsnät av rostfritt stål. Nederhålsvirveln har använts i decennier för att skydda pumpar och har använts under decennier. s från stora partiklar under produktionen. Okonventionella brunnar utsätts dock för intermittent slugflöde, vilket resulterar i att befintlig vortexseparatorteknik i hålet endast fungerar intermittent.
Flera olika varianter av kombinerade sandkontrollskärmar och virvelavskiljare har föreslagits för att skydda ESP:er. Det finns dock luckor i skyddet och produktionsprestanda för alla pumpar på grund av osäkerheten i storleksfördelningen och volymen av fasta partiklar som produceras av varje brunn. Osäkerhet ökar längden på sandkontrollkomponenter, och minskar därigenom gränsen för den potentiella påverkan på ESP, vilket minskar djupet vid vilken ESP kan ställas in. Djupare inställningsdjup föredras i okonventionella brunnar. Användningen av avslipare och lerankare med hanpluggar för att hänga upp långa, styva sandkontrollenheter i höljesektioner med begränsade ESP MTBF-förbättringar med hög stränghet.
Författarna till en uppsats från 2005 presenterade experimentella resultat av en sandseparator i hålet baserad på ett cyklonrör (Figur 1), som berodde på cyklonverkan och gravitation, för att visa att separationseffektiviteten beror på oljeviskositet, flödeshastighet och partikelstorlek. De visar att separatorns effektivitet till stor del beror på den slutliga flödeshastigheten och minskar partikeleffektiviteten och minskar partikelhastigheten. och ökande oljeviskositet, figur 2. För en typisk cyklonrörsavskiljare i borrhål sjunker separationseffektiviteten till ~10% när partikelstorleken sjunker till ~100 µm.Dessutom, när flödeshastigheten ökar, utsätts virvelseparatorn för erosionsnötning, vilket påverkar användningen av strukturella komponenters livslängd.
Nästa logiska alternativ är att använda en 2D-sandkontrollskärm med en definierad slitsbredd.Partikelstorlek och fördelning är viktiga överväganden när man väljer skärmar för att filtrera fasta partiklar i konventionell eller okonventionell brunnsproduktion, men de kan vara okända.De fasta partiklarna kan komma från reservoaren, men de kan variera från häl till häl;alternativt kan skärmen behöva filtrera sand från hydraulisk sprickbildning. I båda fallen kan kostnaden för insamling, analys och testning av fasta partiklar vara oöverkomliga.
Om 2D-slangskärmen inte är korrekt konfigurerad kan resultaten äventyra brunnens ekonomi. Sandskärmöppningar som är för små kan resultera i för tidig igensättning, avstängningar och behov av avhjälpande reparationer. Om de är för stora tillåter de fasta ämnen att fritt komma in i produktionsprocessen, vilket kan korrodera oljerör, skada spolning av konstgjorda ytavskiljare och spolande ytseparatorer, och spolar ut ytans pumpar. situationen kräver en enkel, kostnadseffektiv lösning som kan förlänga pumpens livslängd och täcka en bred fördelning av sandstorlekar.
För att möta detta behov genomfördes en studie på användningen av ventilaggregat i kombination med rostfritt ståltrådsnät, som är okänsligt för den resulterande fasta partikelfördelningen. Studier har visat att rostfritt ståltrådsnät med variabel porstorlek och 3D-struktur effektivt kan kontrollera fasta partiklar av olika storlekar utan att känna till partikelstorleksfördelningen av de resulterande fasta partiklarna. för extra sekundär filtrering.
En ventilenhet monterad på skärmens botten tillåter produktionen att fortsätta tills ESP dras ut. Det förhindrar ESP från att hämtas omedelbart efter att skärmen har överbryggats. Den resulterande inloppssandkontrollskärmen och ventilenheten skyddar ESP:er, stavlyftpumpar och gaslyftkompletteringar från fasta ämnen under produktionen genom att rengöra vätskeflödet och ger en kostnadseffektiv lösning för reservoarens livslängd för att förlänga pumpens livslängd.
Första generationens pumpskyddsdesign. En pumpskyddsenhet som använder rostfria stålullssilar användes i en ångassisterad gravitationsbrunn i västra Kanada för att skydda ESP från fasta ämnen under produktion. Skärmar filtrerar skadliga fasta ämnen från produktionsvätskan när den kommer in i produktionssträngen. Inom produktionssträngen strömmar vätskor till ESP-inloppet, där de kan köras mellan pumpen och isoleringen mellan ytan och ESP-skärmen. produktionszonen och det övre borrhålet.
Under produktionstiden tenderar det ringformade utrymmet mellan skärmen och höljet att överbryggas med sand, vilket ökar flödesmotståndet. Så småningom överbryggar ringrummet helt, stoppar flödet och skapar en tryckskillnad mellan borrhålet och produktionssträngen, som visas i figur 3. Vid denna tidpunkt kan vätska inte längre strömma till ESP:n och kompletteringssträngen måste dras.Beroende på ett antal variabler relaterade till produktion av fasta ämnen, kan den tid som krävs för att stoppa flödet genom bryggan för fasta ämnen på skärmen vara kortare än den varaktighet som skulle göra det möjligt för ESP:n att pumpa den fasta vätskan med medeltid mellan fel till marken, så den andra generationen av komponenter utvecklades.
Andra generationens pumpskyddsenhet. PumpGuard* inloppssandkontrollskärm och ventilsystem är upphängd under REDA*-pumpen i figur 4, ett exempel på en okonventionell ESP-komplettering. När väl brunnen producerar filtrerar silen de fasta partiklarna i produktionen, men börjar långsamt överbrygga sanden och skapa en differentialtrycksskillnad. att flöda direkt in i slangsträngen till ESP. Detta flöde utjämnar tryckskillnaden över skärmen, vilket lossar sandsäckarnas grepp på utsidan av skärmen. Sand kan fritt bryta ut ur ringen, vilket minskar flödesmotståndet genom silen och gör att flödet kan återupptas. När differenstrycket sjunker, återgår ventilen till sitt stängda läge och normala flödesförhållanden är nödvändiga för att ESP ska kunna ta sig ut igen. .De fallstudier som lyfts fram i den här artikeln visar att systemet avsevärt kan förlänga pumpens livslängd jämfört med att köra screening enbart.
För den senaste installationen introducerades en kostnadsdriven lösning för områdesisolering mellan det rostfria ståltrådsnätet och ESP. En nedåtvänd kopppackare är monterad ovanför kopppackaren. Ovanför kopppackaren ger ytterligare centrumrörperforeringar en flödesväg för producerad vätska att migrera från det inre av silen till det ringformade utrymmet i vätskan ovanför packaren.
Det rostfria trådnätsfiltret som valts för denna lösning erbjuder flera fördelar jämfört med gap-baserade 2D-nättyper.2D-filter förlitar sig främst på partiklar som spänner över filtergap eller slitsar för att bygga sandsäckar och ge sandkontroll. Men eftersom endast ett enstaka gapvärde kan väljas för skärmen blir skärmen mycket känslig för partikelstorleksfördelningen av den producerade vätskan.
Däremot ger den tjocka nätbädden av trådnätsfilter av rostfritt stål hög porositet (92 %) och stor öppen flödesarea (40 %) för den producerade borrhålsvätskan. Filtret är konstruerat genom att komprimera ett fleecenät av rostfritt stål och linda det direkt runt ett perforerat mittrör, och sedan kapsla in det i ett perforerat skyddsrörsände i mitten av porsfördelningen. den ojämna vinkelorienteringen (som sträcker sig från 15 µm till 600 µm) gör att ofarliga fina partiklar kan flöda längs en 3D-flödesväg mot det centrala röret efter att större och skadliga partiklar har fångats i nätet. Sandretentionstestning på prover av denna sikt har visat att filtret bibehåller hög permeabilitet genom filtret, eftersom filtret håller hög genomsläpplighet genom filtret. partikelstorleksfördelningar av producerade vätskor påträffas. Denna ullsil av rostfritt stål utvecklades av en stor operatör på 1980-talet specifikt för komplettering av fristående siktar i ångstimulerade reservoarer och har en omfattande erfarenhet av framgångsrika installationer.
Ventilaggregatet består av en fjäderbelastad ventil som tillåter envägsflöde in i rörsträngen från produktionsområdet. Genom att justera spiralfjäderförspänningen före installation kan ventilen anpassas för att uppnå önskat spricktryck för applikationen. Vanligtvis körs en ventil under det rostfria ståltrådsnätet för att ge en sekundär flödesväg mellan ventiler, ESP-serier, i vissa fall med ventiler och ventiler. mellanventilen har ett lägre spricktryck än den lägsta ventilen.
Med tiden fyller formationspartiklar det ringformiga området mellan den yttre ytan av pumpskyddsenhetens skärm och väggen på produktionshöljet. När kaviteten fylls med sand och partiklarna konsolideras ökar tryckfallet över sandsäcken. När detta tryckfall når ett förinställt värde öppnas konventilen och tillåter flöde direkt genom pumpens inloppsrör, som kan strömma upp genom det tidigare inloppet av pumpröret, som kan bryta upp genom det exteriöra pumpens inlopp. silfiltret.På grund av den minskade tryckskillnaden kommer flödet att återupptas genom silen och insugningsventilen stängs.Därför kan pumpen endast se flödet direkt från ventilen under en kort tidsperiod.Detta förlänger pumpens livslängd, eftersom det mesta av flödet är den vätska som filtreras genom sandsilen.
Pumpskyddssystemet drevs med packare i tre olika brunnar i Delaware Basin i USA. Huvudmålet är att minska antalet ESP-starter och -stopp på grund av sandrelaterade överbelastningar och att öka ESP-tillgängligheten för att förbättra produktionen. Pumpskyddssystemet är upphängt från den nedre änden av ESP-strängen. Resultatet av oljekällan visar stabil pumptekniks prestanda, minskad pumpens intensitet och sänkning av pumpens intensitet och relaterade nya pumpsystem. minskade med 75 % och pumpens livslängd ökade med mer än 22 %.
En brunn. Ett ESP-system installerades i en ny borr- och sprickbrunn i Martin County, Texas. Den vertikala delen av brunnen är cirka 9 000 fot och den horisontella delen sträcker sig till 12 000 fot, uppmätt djup (MD). För de två första kompletteringarna installerades ett nedhåls virvelsandseparatorsystem med sex liner-anslutningar av samma typ som ESP-anslutningar med en sammanfogad installation. av sandavskiljare, observerades instabilt beteende hos ESP:s driftsparametrar (strömintensitet och vibration). Demonteringsanalys av den utdragna ESP-enheten visade att virvelgasavskiljaren var igensatt med främmande ämnen, vilket fastställdes vara sand eftersom det är omagnetiskt och inte reagerar kemiskt med syra.
I den tredje ESP-installationen ersatte rostfritt ståltrådsnät sandavskiljaren som ett medel för ESP-sandkontroll. Efter installationen av det nya pumpskyddssystemet uppvisade ESP ett stabilare beteende, vilket minskade omfånget av motorströmsfluktuationer från ~19 A för installation #2 till ~6.3 A för installation #3. Vibrationen är stabilare och trenden minskade även med 7,5% tryck. ytterligare 100 psi tryckfall. ESP-överbelastningsavstängningar reduceras med 100 % och ESP arbetar med låga vibrationer.
Brunn B. I en brunn nära Eunice, New Mexico, hade en annan okonventionell brunn en ESP installerad men inget pumpskydd. Efter det initiala startfallet började ESP:n uppvisa ett oregelbundet beteende.Fluktuationer i ström och tryck är förknippade med vibrationsspikar. Efter att ha bibehållit dessa förhållanden i 137 dagar, misslyckades ESP och en ersättningsinstallation med ESP installerades med samma ny. ESP fungerade normalt, med stabil strömstyrka och mindre vibrationer. Vid tidpunkten för publiceringen hade den andra körningen av ESP nått över 300 dagars drift, en betydande förbättring jämfört med den tidigare installationen.
Brunn C. Systemets tredje installation på plats var i Mentone, Texas, av ett olje- och gasspecialitetsföretag som upplevde avbrott och ESP-fel på grund av sandproduktion och ville förbättra pumpens drifttid. Operatörer kör vanligtvis sandseparatorer i hålet med liner i varje ESP-brunn. Men när fodret fylls med sand, kommer separatorn att tillåta sanden att flöda genom pumpsektionen och axeln, vilket leder till att sanden flödar genom pumpsektionen och lyfter. När det nya systemet körs med pumpskyddet har ESP 22 % längre livslängd med ett stabilare tryckfall och bättre ESP-relaterad drifttid.
Antalet sand- och fastämnensrelaterade avstängningar under drift minskade med 75 %, från 8 överbelastningshändelser i den första installationen till två i den andra installationen, och antalet lyckade omstarter efter överbelastningsavstängning ökade med 30 %, från 8 i den första installationen.Totalt 12 händelser, för totalt 8 händelser, utfördes i den sekundära installationen, vilket minskade den elektriska påfrestningen på utrustningen och ökade ESP:ns livslängd.
Figur 5 visar den plötsliga ökningen av insugstrycksignaturen (blå) när det rostfria stålnätet är blockerat och ventilenheten öppnas. Denna trycksignatur kan ytterligare förbättra produktionseffektiviteten genom att förutsäga sandrelaterade ESP-fel, så ersättningsoperationer med workoverriggar kan planeras.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Experimentell analys av virvelrör som nedborrhålsavskiljare," SPE Paper 94673-MS, presenterat vid SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brasilien, 20 juni – 23 februari 2005.https://304.6i.
Den här artikeln innehåller element från SPE paper 207926-MS, som presenterades vid Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference i Abu Dhabi, UAE, 15-18 november 2021.
Allt material är föremål för strikt upprätthållande lagar om upphovsrätt, läs våra användarvillkor, policy för cookies och sekretesspolicy innan du använder den här webbplatsen.