Кампаненты абароны помпаў даказалі сваю эфектыўнасць у абароне помпаў ад пяску і падаўжэнні тэрміну службы электрафільтраў-адстойнікаў у нетрадыцыйных свідравінах. Гэта рашэнне кантралюе зваротны паток пяску, атрыманага пры гідраўлічным разрыве пласта, і іншых цвёрдых рэчываў, якія могуць выклікаць перагрузкі і прастоі. Дадатковая тэхналогія ліквідуе праблемы, звязаныя з нявызначанасцю размеркавання памераў часціц.
Паколькі ўсё больш і больш нафтавых свідравін абапіраюцца на ЭЧП, падаўжэнне тэрміну службы электрычных пагружных помпаў (ЭЧП) становіцца ўсё больш важным. Тэрмін службы і прадукцыйнасць помпаў штучнай пад'ёмнай магутнасці адчувальныя да цвёрдых часціц у здабываных вадкасцях. Тэрмін службы і прадукцыйнасць ЭЧП значна зніжаюцца са павелічэннем колькасці цвёрдых часціц. Акрамя таго, цвёрдыя часціцы павялічваюць час прастою свідравін і частату капітальнага рамонту, неабходнага для замены ЭЧП.
Цвёрдыя часціцы, якія часта праходзяць праз помпы штучнай пад'ёмнай сістэмы, уключаюць пластовы пясок, прапанты гідраўлічнага разрыву пласта, цэмент і эродаваныя або карозіраваныя металічныя часціцы. Свідравінныя тэхналогіі, прызначаныя для аддзялення цвёрдых рэчываў, вар'іруюцца ад нізкаэфектыўных цыклонаў да высокаэфектыўных трохмерных сетак з нержавеючай сталі. Свідравінныя віхравыя пяскоаддзяляльнікі выкарыстоўваюцца ў звычайных свідравінах ужо некалькі дзесяцігоддзяў, і яны ў асноўным выкарыстоўваюцца для абароны помпаў ад буйных часціц падчас здабычы. Аднак нетрадыцыйныя свідравіны схільныя да перыядычнага патоку ў трубах, што прыводзіць да таго, што існуючая тэхналогія свідравінавых віхравых сепаратараў працуе толькі з перапынкамі.
Для абароны электрафільтраўных адстойнікаў (ЭФ) было прапанавана некалькі розных варыянтаў камбінаваных пяскоў, якія выкарыстоўваюцца для фільтрацыі пяску, і свідравінных віхравых пяскоадстойнікаў. Аднак існуюць прабелы ў абароне і прадукцыйнасці ўсіх помпаў з-за нявызначанасці размеркавання памераў і аб'ёму цвёрдых рэчываў, якія вырабляюцца кожнай свідравінай. Нявызначанасць павялічвае даўжыню кампанентаў для кантролю пяску, тым самым памяншаючы глыбіню, на якой можа быць усталяваны ЭФ, абмяжоўваючы патэнцыял зніжэння пласта ЭФ і негатыўна ўплываючы на ​​эканоміку свідравін. У нетрадыцыйных свідравінах пераважней выкарыстоўваць больш глыбокія глыбіні ўстаноўкі. Аднак выкарыстанне пяскоадстойнікаў і анкераў з раз'ёмнай разьбой для падвешвання доўгіх, жорсткіх вузлоў для кантролю пяску ў абсадных секцыях з высокай ступенню выгібу абмяжоўвае паляпшэнне напрацоўкі на адмену працы ЭФ. Карозія ўнутранай трубы - яшчэ адзін аспект гэтай канструкцыі, які не быў належным чынам ацэнены.
Аўтары артыкула 2005 года прадставілі эксперыментальныя вынікі свідравінага пяскоаддзяляльніка на аснове цыклоннай трубкі (малюнак 1), які залежаў ад дзеяння цыклона і сілы цяжару, каб паказаць, што эфектыўнасць падзелу залежыць ад глейкасці нафты, хуткасці патоку і памеру часціц. Яны паказваюць, што эфектыўнасць сепаратара ў значнай ступені залежыць ад канчатковай хуткасці часціц. Эфектыўнасць падзелу зніжаецца са зніжэннем хуткасці патоку, памяншэннем памеру цвёрдых часціц і павелічэннем глейкасці нафты, малюнак 2. Для тыповага свідравінага сепаратара на цыклоннай трубцы эфектыўнасць падзелу падае да ~10%, калі памер часціц памяншаецца да ~100 мкм. Акрамя таго, па меры павелічэння хуткасці патоку віхравы сепаратар схільны да эрозійнага зносу, што ўплывае на тэрмін службы структурных кампанентаў.
Наступнай лагічнай альтэрнатывай з'яўляецца выкарыстанне 2D-сіта для кантролю пяску з пэўнай шырынёй шчылін. Памер і размеркаванне часціц з'яўляюцца важнымі фактарамі пры выбары сіт для фільтрацыі цвёрдых рэчываў у традыцыйнай або нетрадыцыйнай здабычы свідравін, але яны могуць быць невядомымі. Цвёрдыя рэчывы могуць паступаць з пласта, але яны могуць адрознівацца ад пяты да пяты; у якасці альтэрнатывы, сіта можа спатрэбіцца для фільтрацыі пяску ад гідраўлічнага разрыву пласта. У любым выпадку кошт збору, аналізу і выпрабаванняў цвёрдых рэчываў можа быць занадта высокім.
Калі двухмерны фільтр для труб няправільна настроены, гэта можа паставіць пад пагрозу эканамічнасць свідравіны. Занадта малыя адтуліны пясчанага фільтра могуць прывесці да заўчаснага закаркавання, спынення працы і неабходнасці правядзення капітальнага рамонту. Калі яны занадта вялікія, яны дазваляюць цвёрдым рэчывам свабодна трапляць у вытворчы працэс, што можа прывесці да карозіі нафтавых труб, пашкоджання помпаў штучнай пад'ёмнай хвалі, прамывання паверхневых дроселяў і запаўнення паверхневых сепаратараў, што патрабуе пяскоструйнай апрацоўкі і ўтылізацыі. Гэтая сітуацыя патрабуе простага і эканамічна эфектыўнага рашэння, якое можа падоўжыць тэрмін службы помпы і ахапіць шырокі спектр памераў пяску.
Каб задаволіць гэтую патрэбу, было праведзена даследаванне выкарыстання клапанных вузлоў у спалучэнні з сеткай з нержавеючай сталі, якая не адчувальная да размеркавання атрыманых цвёрдых рэчываў. Даследаванні паказалі, што сетка з нержавеючай сталі са зменным памерам пор і трохмернай структурай можа эфектыўна кантраляваць цвёрдыя рэчывы розных памераў, не ведаючы размеркавання памераў часціц атрыманых цвёрдых рэчываў. Трохмерная сетка з нержавеючай сталі можа эфектыўна кантраляваць пясчынкі ўсіх памераў без неабходнасці дадатковай другаснай фільтрацыі.
Клапанны вузел, усталяваны ў ніжняй частцы экрана, дазваляе працягваць здабычу, пакуль не будзе выняты ўнітазны фільтр. Ён прадухіляе неадкладнае выцягванне ўнітаза пасля перакрыцця экрана. У выніку ўтвораны фільтр для кантролю пяску на ўваходзе і клапанны вузел абараняюць ўнітазы, штангавыя помпы і газліфтныя свідравіны ад цвёрдых часціц падчас здабычы, ачышчаючы паток вадкасці, і забяспечваюць эканамічна эфектыўнае рашэнне для падаўжэння тэрміну службы помпы без неабходнасці падладжваць характарыстыкі пласта пад розныя сітуацыі.
Канструкцыя абароны помпы першага пакалення. У Заходняй Канадзе ў свідравіне з гравітацыйным дрэнажам з дапамогай пары быў разгорнуты ахоўны вузел помпы з выкарыстаннем сетак з нержавеючай сталёвай ваты для абароны ўнітаза электрафільтра ад цвёрдых рэчываў падчас здабычы. Сіткі фільтруюць шкодныя цвёрдыя рэчывы з здабыванай вадкасці, калі яна паступае ў здабываючую калону. Унутры здабываючай калоны вадкасці паступаюць да ўваходу ў ўнітаз электрафільтра, адкуль яны перапампоўваюцца на паверхню. Пакеры могуць быць усталяваны паміж сеткай і ўнітазам, каб забяспечыць занальную ізаляцыю паміж здабываючай зонай і верхнім ствалом свідравіны.
На працягу часу здабычы кальцавая прастора паміж сеткай і абсаднай трубой мае тэндэнцыю забівацца пяском, што павялічвае супраціў патоку. У рэшце рэшт, кальцавая прастора цалкам перакрываецца, спыняючы паток і ствараючы перапад ціску паміж свідлавінай і эксплуатацыйнай калонай, як паказана на малюнку 3. У гэты момант вадкасць больш не можа паступаць у электрафільтр (ЭФ), і калону для завяршэння неабходна выцягнуць. У залежнасці ад шэрагу зменных, звязаных з здабычай цвёрдых рэчываў, працягласць, неабходная для спынення патоку праз масток цвёрдых рэчываў на сітцы, можа быць меншай за працягласць, якая дазволіла б ЭФ перапампоўваць вадкасць, насычаную цвёрдымі рэчывамі, у зямлю (сярэдні час паміж паломкамі). Таму было распрацавана другое пакаленне кампанентаў.
Вузел абароны помпы другога пакалення. Сістэма кантролю пяску на ўваходзе PumpGuard* і зборка клапана падвешаны пад помпай REDA* на малюнку 4, прыклад нетрадыцыйнага завяршэння ЭЦН. Пасля пачатку здабычы свідравіны экран фільтруе цвёрдыя часціцы ў здабычы, але пачынае павольна звязвацца з пяском і ствараць перапад ціску. Калі гэты перапад ціску дасягае ўсталяванага ціску адкрыцця клапана, клапан адкрываецца, дазваляючы вадкасці паступаць непасрэдна ў калону труб да ЭЦН. Гэты паток ураўноўвае перапад ціску на сітцы, аслабляючы счапленне мяшкоў з пяском на вонкавым боку экрана. Пясок можа свабодна вырывацца з кольца, што зніжае супраціў патоку праз экран і дазваляе аднавіць паток. Па меры зніжэння перападу ціску клапан вяртаецца ў закрытае становішча, і нармальныя ўмовы патоку аднаўляюцца. Паўтарайце гэты цыкл, пакуль не спатрэбіцца выцягнуць ЭЦН з адтуліны для абслугоўвання. Прыклады выпадкаў, вылучаныя ў гэтым артыкуле, дэманструюць, што сістэма здольная значна падоўжыць тэрмін службы помпы ў параўнанні з завяршэннем толькі скрынінгам.
Для нядаўняй устаноўкі было ўведзена эканамічнае рашэнне для ізаляцыі зоны паміж сеткай з нержавеючай сталі і ўшчыльняльнікам адтулін. Над секцыяй экрана ўсталяваны накіраваны ўніз чашачны пакер. Над чашачным пакерам дадатковыя перфарацыі ў цэнтральнай трубцы забяспечваюць шлях патоку для здабытай вадкасці, якая мігруе з унутранай часткі экрана ў кальцавую прастору над пакерам, адкуль вадкасць можа трапляць ва ўваход у ўшчыльняльнік адтулін адтулін.
Фільтр з нержавеючай сталі, абраны для гэтага рашэння, мае некалькі пераваг у параўнанні з двухмернымі сеткамі з зазорамі. Двухмерныя фільтры ў асноўным абапіраюцца на часціцы, якія перасякаюць зазоры або шчыліны фільтра, каб стварыць мяшкі з пяском і забяспечыць кантроль пяску. Аднак, паколькі для экрана можна выбраць толькі адно значэнне зазору, экран становіцца вельмі адчувальным да размеркавання памераў часціц здабываемай вадкасці.
У адрозненне ад гэтага, тоўсты сеткаваты пласт фільтраў з нержавеючай сталі забяспечвае высокую сітаватасць (92%) і вялікую адкрытую плошчу патоку (40%) для здабываемай свідравіны вадкасці. Фільтр вырабляецца шляхам сціскання сеткі з нержавеючай сталі і абкручвання яе непасрэдна вакол перфараванай цэнтральнай трубкі, а затым інкапсулюецца ў перфараваную ахоўную вечка, прывараную да цэнтральнай трубкі на кожным канцы. Размеркаванне пор у сеткаватым пластыку, неаднастайная вуглавая арыентацыя (ад 15 мкм да 600 мкм) дазваляе бясшкодным дробным часціцам цячы па трохмерным шляху патоку да цэнтральнай трубкі пасля таго, як больш буйныя і шкодныя часціцы трапляюць у сетку. Выпрабаванні на ўтрыманне пяску на ўзорах гэтага сіта паказалі, што фільтр падтрымлівае высокую пранікальнасць, таму што вадкасць генеруецца праз сіта. Фактычна, гэты фільтр аднаго «памеру» можа апрацоўваць усе размеркаванні памераў часціц здабываных вадкасцей. Гэты экран з нержавеючай сталі быў распрацаваны буйным аператарам у 1980-х гадах спецыяльна для аўтаномных экранаў у пластах, стымуляваных парай, і мае шырокі вопыт паспяховых установак.
Вузел клапана складаецца з спружыннага клапана, які дазваляе аднабаковы паток у калону труб з вытворчай зоны. Рэгулюючы папярэдні нацяг спіральнай спружыны перад устаноўкай, клапан можна наладзіць для дасягнення патрэбнага ціску адкрыцця для канкрэтнага прымянення. Звычайна клапан усталёўваецца пад сеткай з нержавеючай сталі, каб забяспечыць другасны шлях патоку паміж рэзервуарам і ўнітазам. У некаторых выпадках некалькі клапанаў і сетак з нержавеючай сталі працуюць паслядоўна, прычым сярэдні клапан мае ніжэйшы ціск адкрыцця, чым ніжні клапан.
З часам часціцы пласта запаўняюць кальцавую прастору паміж вонкавай паверхняй экрана ахоўнага блока помпы і сценкай эксплуатацыйнай абсаднай трубы. Па меры запаўнення поласці пяском і ўшчыльнення часціц перапад ціску на пясчаным мяшку павялічваецца. Калі гэты перапад ціску дасягае зададзенага значэння, конусны клапан адкрываецца і дазваляе патоку праходзіць непасрэдна праз уваход помпы. На гэтым этапе паток праз трубу здольны разбурыць раней ушчыльнены пясок уздоўж вонкавага боку сеткаватага фільтра. З-за зніжэння перападу ціску паток праз экран аднавіцца, і ўваходны клапан зачыніцца. Такім чынам, помпа можа бачыць паток непасрэдна з клапана толькі на працягу кароткага перыяду часу. Гэта падаўжае тэрмін службы помпы, бо большая частка патоку - гэта вадкасць, адфільтраваная праз пясчаны экран.
Сістэма абароны помпаў працавала з пакерамі ў трох розных свідравінах у басейне Дэлавэр у ЗША. Асноўная мэта - скараціць колькасць запускаў і прыпынкаў УЭЦН з-за перагрузак, звязаных з пяском, і павялічыць даступнасць УЭЦН для паляпшэння здабычы. Сістэма абароны помпаў падвешана да ніжняга канца калоны УЭЦН. Вынікі працы нафтавай свідравіны паказваюць стабільную працу помпы, зніжэнне вібрацыі і інтэнсіўнасці току, а таксама тэхналогію абароны помпы. Пасля ўстаноўкі новай сістэмы час прастояў, звязаных з пяском і цвёрдымі часціцамі, скараціўся на 75%, а тэрмін службы помпы павялічыўся больш чым на 22%.
Свідравіна. Сістэма ўцяпляльніка газу (ЭЗГ) была ўсталявана ў новай свідравіне для бурэння і гідраразрыву пласта ў акрузе Марцін, штат Тэхас. Вертыкальная частка свідравіны мае глыбіню прыблізна 9000 футаў, а гарызантальная частка дасягае 12 000 футаў вымеранай глыбіні (MD). Для першых двух завяршэнняў свідравін сістэма віхравага пяскоаддзяляльніка з шасцю злучэннямі хвосціка была ўсталявана ў якасці неад'емнай часткі завяршэння ЭЗГ. Пры двух паслядоўных установках з выкарыстаннем аднаго і таго ж тыпу пяскоаддзяляльніка назіралася нестабільная паводзіны працоўных параметраў ЭЗГ (інтэнсіўнасць току і вібрацыя). Аналіз разборкі выцягнутага блока ЭЗГ паказаў, што вузел віхравага газааддзяляльніка быў забіты староннімі рэчывамі, якія былі вызначаны як пясок, паколькі ён немагнітны і не рэагуе хімічна з кіслатой.
У трэцяй устаноўцы ўстаноўленага электрастатычнага фільтра (ЭФФ) пясокепаральнік быў заменены сеткай з нержавеючай сталі ў якасці сродку кантролю пяску ў ЭФФ. Пасля ўстаноўкі новай сістэмы абароны помпы ЭФФ прадэманстраваў больш стабільную працу, знізіўшы дыяпазон ваганняў току рухавіка з ~19 А для ўстаноўкі №2 да ~6,3 А для ўстаноўкі №3. Вібрацыя стала больш стабільнай, і тэндэнцыя знізілася на 75%. Падзенне ціску таксама было стабільным, вагаючыся вельмі мала ў параўнанні з папярэдняй устаноўкай, і дасягнула дадатковага падзення ціску на 100 фунтаў на квадратны дюйм. Адключэнні ЭФФ з-за перагрузкі скараціліся на 100%, і ЭФФ працуе з нізкай вібрацыяй.
Свідравіна B. У адной свідравіне каля Юніса, штат Нью-Мексіка, у іншай нетрадыцыйнай свідравіне быў усталяваны УЭН, але без абароны помпы. Пасля першапачатковага падзення напружання ў свідравіне УЭН пачаў дэманстраваць няўстойлівыя паводзіны. Ваганні току і ціску звязаны з рэзкімі вібрацыямі. Пасля падтрымання гэтых умоў на працягу 137 дзён УЭН выйшаў з ладу, і была ўсталявана замена. Другая ўстаноўка ўключае новую сістэму абароны помпы з такой жа канфігурацыяй УЭН. Пасля аднаўлення здабычы са свідравіны УЭН працаваў нармальна, са стабільнай сілай току і меншай вібрацыяй. На момант публікацыі другі запуск УЭН дасягнуў больш за 300 дзён працы, што з'яўляецца значным паляпшэннем у параўнанні з папярэдняй устаноўкай.
Свідравіна C. Трэцяя ўстаноўка сістэмы на месцы была ўстаноўлена ў Ментоне, штат Тэхас, кампаніяй, якая спецыялізуецца на нафтагазавай прамысловасці. У яе ўзніклі перабоі ў працы і паломкі ўшчыльняльнікаў з-за здабычы пяску, і яна хацела палепшыць час бесперабойнай працы помпаў. Аператары звычайна выкарыстоўваюць свідравіны для пяску з абліцоўкай у кожнай свідравіне ўшчыльняльніка. Аднак, як толькі абліцоўка запаўняецца пяском, сепаратар дазваляе пяску працякаць праз секцыю помпы, выклікаючы карозію прыступкі помпы, падшыпнікаў і вала, што прыводзіць да страты пад'ёмнай сілы. Пасля запуску новай сістэмы з ахоўным прыстасаваннем помпы тэрмін службы ўшчыльняльніка на 22% падаўжаецца, перапад ціску больш стабільны, а час бесперабойнай працы ўшчыльняльніка павялічваецца.
Колькасць адключэнняў, звязаных з пяском і цвёрдымі часціцамі, падчас працы скарацілася на 75% — з 8 выпадкаў перагрузкі ў першай устаноўцы да двух у другой, а колькасць паспяховых перазапускаў пасля адключэння з-за перагрузкі павялічылася на 30% — з 8 у першай устаноўцы. Усяго ў другаснай устаноўцы было выканана 12 мерапрыемстваў, што дало магчымасць знізіць электрычную нагрузку на абсталяванне і павялічыць тэрмін службы ЭЦН.
На малюнку 5 паказана раптоўнае павелічэнне ціску на ўваходзе (сіні колер), калі сетка з нержавеючай сталі заблакаваная, а клапанны вузел адкрыты. Гэтая характарыстыка ціску можа яшчэ больш павысіць эфектыўнасць вытворчасці, прагназуючы паломкі ЭЦН, звязаныя з пяском, што дазваляе планаваць аперацыі па замене з выкарыстаннем буравых установак для капітальнага рамонту свідравін.
1 Марцінс, Дж. А., Роза, С. Робсан, «Эксперыментальны аналіз віхравой трубкі ў якасці прылады для ачысткі пяску ў свідравіне», дакумент SPE 94673-MS, прадстаўлены на канферэнцыі SPE па нафтагазавай інжынерыі ў Лацінскай Амерыцы і Карыбскім басейне, Рыа-дэ-Жанейра, Бразілія, 20 чэрвеня – 23 лютага 2005 г. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Гэты артыкул утрымлівае элементы з даклада SPE 207926-MS, прадстаўленага на Міжнароднай нафтавай выставе і канферэнцыі ў Абу-Дабі, ААЭ, 15-18 лістапада 2021 года.
Усе матэрыялы строга рэгулююцца заканадаўствам аб аўтарскім праве. Калі ласка, азнаёмцеся з нашымі Умовамі карыстання, Палітыкай выкарыстання файлаў cookie і Палітыкай прыватнасці, перш чым выкарыстоўваць гэты сайт.