Доказано е, че компонентите за защита на помпите предпазват помпите от пясък и удължават експлоатационния живот на електростатичните отпадъчни системи (ЕСП) в неконвенционални кладенци. Това решение контролира обратния поток на пясък от фракинга и други твърди частици, които могат да причинят претоварвания и прекъсвания. Позволяващата технология елиминира проблемите, свързани с несигурността в разпределението на размера на частиците.
Тъй като все повече нефтени кладенци разчитат на електростатически потопяеми помпи (ЕСП), удължаването на живота на електрическите потопяеми помпени (ЕСП) системи става все по-важно. Експлоатационният живот и производителността на помпите за изкуствен подем са чувствителни към твърдите частици в произвежданите флуиди. Експлоатационният живот и производителността на ЕСП намаляват значително с увеличаването на твърдите частици. Освен това, твърдите частици увеличават времето за престой на кладенеца и честотата на ремонтните дейности, необходими за подмяната на ЕСП.
Твърдите частици, които често преминават през помпи за изкуствен подем, включват пластов пясък, пропанти за хидравлично разбиване, цимент и ерозирали или корозирали метални частици. Технологиите за отделяне на твърди частици в сондажите, предназначени за отделяне на твърди частици, варират от нискоефективни циклони до високоефективна 3D телена мрежа от неръждаема стомана. Вихровите десантни апарати в сондажите се използват в конвенционалните кладенци от десетилетия и се използват предимно за защита на помпите от големи частици по време на производство. Неконвенционалните кладенци обаче са подложени на периодичен поток от шлам, което води до това, че съществуващата технология за вихрови сепаратори в сондажите работи само периодично.
Предложени са няколко различни варианта на комбинирани екрани за контрол на пясъка и вихрови обезпясъкоотделители в сондажа за защита на електростатичните отоплителни уреди (ЕСП). Съществуват обаче пропуски в защитата и производствените характеристики на всички помпи поради несигурността в разпределението на размера и обема на твърдите частици, произведени от всеки кладенец. Несигурността увеличава дължината на компонентите за контрол на пясъка, като по този начин намалява дълбочината, на която може да се постави ЕСП, ограничавайки потенциала за спад на резервоара на ЕСП и влияейки негативно върху икономиката на кладенеца. По-дълбоките дълбочини на поставяне са предпочитани в неконвенционалните кладенци. Използването на обезпясъкоотделители и кални анкери с мъжки щепсели за окачване на дълги, твърди възли за контрол на пясъка в обсадни секции с висока степен на изкривяване ограничава подобренията в MTBF на ЕСП. Корозията на вътрешната тръба е друг аспект на този дизайн, който не е адекватно оценен.
Авторите на статия от 2005 г. представят експериментални резултати от сепаратор за пясък в сондаж, базиран на циклонна тръба (Фигура 1), който зависи от действието на циклона и гравитацията, за да покажат, че ефективността на разделяне зависи от вискозитета на маслото, дебита и размера на частиците. Те показват, че ефективността на сепаратора до голяма степен зависи от крайната скорост на частиците. Ефективността на разделяне намалява с намаляване на дебита, намаляване на размера на твърдите частици и увеличаване на вискозитета на маслото, Фигура 2. За типичен сепаратор с циклонна тръба, ефективността на разделяне пада до ~10%, когато размерът на частиците спадне до ~100 µm. Освен това, с увеличаване на дебита, вихровият сепаратор е подложен на ерозионно износване, което влияе върху живота на структурните компоненти.
Следващата логична алтернатива е използването на 2D сито за контрол на пясъка с определена ширина на процепите. Размерът и разпределението на частиците са важни съображения при избора на сита за филтриране на твърди вещества при конвенционално или неконвенционално производство от кладенци, но те може да са неизвестни. Твърдите вещества може да идват от резервоара, но те могат да варират от пета до пета; алтернативно, ситото може да се нуждае от филтриране на пясък от хидравлично разбиване. И в двата случая разходите за събиране, анализ и тестване на твърди вещества могат да бъдат непосилни.
Ако 2D тръбният екран не е конфигуриран правилно, резултатите могат да компрометират икономическата ефективност на сондажа. Твърде малките отвори на пясъчния екран могат да доведат до преждевременно запушване, спиране и необходимост от ремонтни дейности. Ако са твърде големи, те позволяват на твърди частици свободно да навлизат в производствения процес, което може да корозира нефтопроводите, да повреди помпите за изкуствен подем, да промие повърхностните дросели и да запълни повърхностните сепаратори, което изисква пясъкоструене и обезвреждане. Тази ситуация изисква просто и рентабилно решение, което може да удължи живота на помпата и да покрие широк диапазон от размери на пясъка.
За да се отговори на тази нужда, беше проведено проучване върху използването на вентилни сглобки в комбинация с телена мрежа от неръждаема стомана, която е нечувствителна към разпределението на получените твърди частици. Проучванията показват, че телената мрежа от неръждаема стомана с променлив размер на порите и 3D структура може ефективно да контролира твърди частици с различни размери, без да е известно разпределението на размера на частиците на получените твърди частици. 3D телената мрежа от неръждаема стомана може ефективно да контролира песъчинките от всякакъв размер, без да е необходимо допълнително вторично филтриране.
Монтиран в долната част на ситото клапанен възел позволява производството да продължи, докато електростатичният отпадъчен филтър (ЕСП) не бъде изваден. Той предотвратява извличането му веднага след запушване на ситото. Полученият в резултат на това входен филтър за пясък и клапанен възел защитават ЕСП, помпите за повдигане на пръти и завършващите с газов лифт системи от твърди частици по време на производството, като почистват потока на флуида и осигуряват рентабилно решение за удължаване на живота на помпата, без да е необходимо да се адаптират характеристиките на резервоара към различни ситуации.
Проектиране за защита на помпата от първо поколение. В Западна Канада в кладенец с пароподпомогнат гравитационен дренаж е разположен защитен възел за помпата, използващ екрани от неръждаема стоманена вълна, за да предпази електростатическия филтър (ЕСФ) от твърди частици по време на производство. Екраните филтрират вредните твърди частици от производствения флуид, когато той навлиза в производствената колона. В производствената колона флуидите текат към входа на ЕСФ, откъдето се изпомпват на повърхността. Между екрана и ЕСФ могат да се поставят пакери, за да се осигури зонална изолация между производствената зона и горния ствол на сондажа.
С течение на времето за производство, пръстеновидното пространство между екрана и обсадната колона има тенденция да се запушва с пясък, което увеличава съпротивлението на потока. В крайна сметка пръстеновидното пространство се запушва напълно, спира потока и създава разлика в налягането между сондажа и производствената колона, както е показано на Фигура 3. В този момент флуидът вече не може да тече към електронен отоплителния колектор (ESP) и колоната за завършване трябва да бъде изтеглена. В зависимост от редица променливи, свързани с производството на твърди частици, продължителността, необходима за спиране на потока през моста от твърди частици на екрана, може да бъде по-малка от продължителността, която би позволила на ESP да изпомпва натоварения с твърди частици флуид между повредите до земята, така че беше разработено второто поколение компоненти.
Защитен възел за помпа от второ поколение. Системата за контрол на пясъка на входа PumpGuard* и вентилният възел са окачени под помпата REDA* на Фигура 4, пример за неконвенционално завършване на електростатическия филтър (ЕСФ). След като сондажът започне да произвежда, филтърът филтрира твърдите частици в производството, но ще започне бавно да се свързва с пясъка и да създава разлика в налягането. Когато тази разлика в налягането достигне зададеното налягане на отваряне на клапана, клапанът се отваря, позволявайки на флуида да тече директно в тръбната колона към ЕСФ. Този поток изравнява разликата в налягането през екрана, разхлабвайки захвата на торбите с пясък от външната страна на екрана. Пясъкът може свободно да се изтръгне от пръстена, което намалява съпротивлението на потока през екрана и позволява потокът да се възобнови. С падането на диференциалното налягане, клапанът се връща в затворено положение и нормалните условия на потока се възобновяват. Повторете този цикъл, докато не се наложи да извадите ЕСФ от отвора за обслужване. Казусите, подчертани в тази статия, показват, че системата е в състояние значително да удължи живота на помпата в сравнение с изпълнението само на завършване чрез скрининг.
За скорошната инсталация беше въведено рентабилно решение за изолация на зоната между телената мрежа от неръждаема стомана и електростатичния отпадъчен филтър (ЕСП). Над ситото е монтиран насочен надолу чашовиден пакър. Над чашовидния пакър допълнителни перфорации в централната тръба осигуряват път на потока, по който произведената течност може да мигрира от вътрешността на ситото към пръстеновидното пространство над пакера, където течността може да влезе във входа на ЕСП.
Филтърът от неръждаема стоманена мрежа, избран за това решение, предлага няколко предимства пред 2D мрежестите типове с пролуки. 2D филтрите разчитат предимно на частици, обхващащи пролуките или слотовете на филтъра, за да изградят пясъчни торби и да осигурят контрол на пясъка. Тъй като обаче за ситото може да се избере само една стойност на пролуката, ситото става силно чувствително към разпределението на размера на частиците в произведената течност.
За разлика от това, дебелият мрежест слой от филтри от неръждаема стомана осигурява висока порьозност (92%) и голяма отворена площ на потока (40%) за произведената течност от сондажа. Филтърът е конструиран чрез компресиране на мрежа от неръждаема стомана и увиването ѝ директно около перфорирана централна тръба, след което я капсулира в перфориран защитен капак, който е заварен към централната тръба на всеки край. Разпределението на порите в мрежестото легло, неравномерната ъглова ориентация (в диапазона от 15 µm до 600 µm), позволява на безвредните фини частици да текат по 3D път на потока към централната тръба, след като по-големи и вредни частици са уловени в мрежата. Тестването за задържане на пясък върху образци от това сито показа, че филтърът поддържа висока пропускливост, тъй като течността се генерира през ситото. Ефективно, този филтър с един „размер“ може да обработва всички разпределения на размера на частиците в произведените течности. Този филтър от неръждаема стоманена вълна е разработен от голям оператор през 80-те години на миналия век, специално за самостоятелно завършване на филтри в резервоари, стимулирани с пара, и има богат опит в успешните инсталации.
Вентилният възел се състои от пружинен вентил, който позволява еднопосочен поток в тръбната колона от производствената зона. Чрез регулиране на предварителното натягане на пружината преди монтажа, вентилът може да бъде персонализиран, за да се постигне желаното налягане на отваряне за приложението. Обикновено вентил се монтира под мрежата от неръждаема стомана, за да осигури вторичен път на потока между резервоара и електростатическия отоплителен колектор (ESP). В някои случаи множество вентили и мрежи от неръждаема стомана работят последователно, като средният вентил има по-ниско налягане на отваряне от най-ниския вентил.
С течение на времето частиците от формацията запълват пръстеновидната област между външната повърхност на екрана на защитния възел на помпата и стената на производствения корпус. С запълването на кухината с пясък и консолидирането на частиците, спадът на налягането върху пясъчната торба се увеличава. Когато този спад на налягането достигне предварително зададена стойност, конусовидният клапан се отваря и позволява потокът да тече директно през входа на помпата. На този етап потокът през тръбата е в състояние да разруши предварително консолидирания пясък по външната страна на филтърната мрежа. Поради намалената разлика в налягането, потокът ще се възобнови през мрежата и всмукателният клапан ще се затвори. Следователно, помпата може да вижда потока директно от клапана само за кратък период от време. Това удължава живота на помпата, тъй като по-голямата част от потока е флуид, филтриран през пясъчната мрежа.
Системата за защита на помпите е била експлоатирана с пакери в три различни сондажа в басейна Делауеър в Съединените щати. Основната цел е да се намали броят на стартиранията и спиранията на електронен отоплителен колектор (ЕСК) поради претоварвания, свързани с пясък, и да се увеличи наличността на ЕСК, за да се подобри производството. Системата за защита на помпите е окачена от долния край на колоната от ЕСК. Резултатите от нефтения кладенец показват стабилна работа на помпата, намалени вибрации и интензивност на тока, както и технология за защита на помпите. След инсталирането на новата система, времето на престой, свързано с пясък и твърди частици, е намалено със 75%, а животът на помпата се е увеличил с повече от 22%.
Кладенец. В нов сондажен и фрактуриращ кладенец в окръг Мартин, Тексас, е инсталирана система за електронен отоплителен колектор (ESP). Вертикалната част на кладенеца е приблизително 9000 фута (2747 метра), а хоризонталната част се простира до 12 000 фута (3677 метра) измерена дълбочина (MD). За първите две завършвания е инсталирана система за вихров пясъчен сепаратор с шест връзки за облицовка като неразделна част от завършването на ESP. При две последователни инсталации, използващи един и същ тип пясъчен сепаратор, е наблюдавано нестабилно поведение на работните параметри на ESP (интензитет на тока и вибрации). Анализът на демонтажа на изтегления ESP агрегат разкри, че вихровият газов сепаратор е запушен с чужди тела, които са определени като пясък, тъй като са немагнитни и не реагират химически с киселина.
В третата инсталация на електростатичен отоплителен колектор (ЕСД), мрежа от неръждаема стомана замени пясъкоотделителя като средство за контрол на пясъка в ЕСД. След инсталирането на новата система за защита на помпата, ЕСД показа по-стабилно поведение, намалявайки диапазона на колебанията на тока на двигателя от ~19 A за инсталация №2 до ~6,3 A за инсталация №3. Вибрацията е по-стабилна и тенденцията е намалена със 75%. Падът на налягането също беше стабилен, като се колебаеше много малко в сравнение с предишната инсталация и постигна допълнителен пад на налягане от 100 psi. Изключванията от претоварване на ЕСД са намалени със 100% и ЕСД работи с ниски вибрации.
Кладенец Б. В един кладенец близо до Юнис, Ню Мексико, друг неконвенционален кладенец е имал инсталиран електростатичен отоплителен колектор (ЕСД), но без защита на помпата. След първоначалния спад на налягането, ЕСД започнал да проявява нестабилно поведение. Колебанията в тока и налягането са свързани с пикове на вибрации. След поддържане на тези условия в продължение на 137 дни, ЕСД се повредил и бил инсталиран нов. Втората инсталация включва нова система за защита на помпата със същата конфигурация на ЕСД. След като кладенецът възобновил производството, ЕСД работел нормално, със стабилен ампераж и по-малко вибрации. Към момента на публикуване, вторият пуск на ЕСД е достигнал над 300 дни работа, което е значително подобрение спрямо предишната инсталация.
Кладенец C. Третата инсталация на системата на място беше в Ментоун, Тексас, от специализирана в нефтената и газова компания, която претърпя прекъсвания и повреди на електростатичните филтри (ЕСФ) поради производство на пясък и искаше да подобри времето на работа на помпите. Операторите обикновено използват пясъкоотделители с облицовка във всеки кладенец на ЕСФ. След като облицовката се напълни с пясък обаче, сепараторът ще позволи на пясъка да тече през помпената секция, корозирайки помпената степен, лагерите и вала, което води до загуба на подемна сила. След като новата система работи със защитата на помпата, ЕСФ има 22% по-дълъг експлоатационен живот с по-стабилен пад на налягането и по-добро време на работа, свързано с ЕСФ.
Броят на спиранията, свързани с пясък и твърди частици по време на работа, намаля със 75%, от 8 събития на претоварване в първата инсталация на две във втората инсталация, а броят на успешните рестартирания след спиране поради претоварване се увеличи с 30%, от 8 в първата инсталация. Общо 12 събития, общо 8 събития, бяха извършени във вторичната инсталация, което намали електрическото натоварване на оборудването и увеличи експлоатационния живот на електроцентробежния отоплителен колектор (ЕСП).
Фигура 5 показва внезапното увеличение на сигнатурата на всмукателното налягане (синьо), когато мрежата от неръждаема стомана е блокирана и клапанният възел е отворен. Тази сигнатура на налягане може допълнително да подобри ефективността на производството чрез прогнозиране на повреди на електростатическия отоплителен колектор, свързани с пясък, така че могат да се планират операции за подмяна с ремонтни сондажи.
1 Мартинс, Дж. А., Е. С. Роса, С. Робсън, „Експериментален анализ на вихрова тръба като устройство за обезпръскване на сондажи“, SPE Paper 94673-MS, представен на конференцията на SPE за петролно инженерство в Латинска Америка и Карибите, Рио де Жанейро, Бразилия, 20 юни – 23 февруари 2005 г. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Тази статия съдържа елементи от доклад 207926-MS на SPE, представен на Международното петролно изложение и конференция в Абу Даби, ОАЕ, от 15 до 18 ноември 2021 г.
Всички материали са предмет на строго прилаганите закони за авторското право, моля, прочетете нашите Общи условия, Политика за бисквитките и Политика за поверителност, преди да използвате този сайт.