Dokazano je da komponente za zaštitu pumpi štite pumpe od pijeska i produžavaju radni vijek elektrofiltra (ESP) u nekonvencionalnim bunarima. Ovo rješenje kontrolira povratni tok pijeska i drugih čvrstih tvari koje mogu uzrokovati preopterećenja i zastoje. Ova tehnologija eliminira probleme povezane s nesigurnošću u raspodjeli veličine čestica.
Kako se sve više naftnih bušotina oslanja na ESP-ove, produženje vijeka trajanja električnih potopnih pumpi (ESP) postaje sve važnije. Radni vijek i performanse pumpi za umjetno podizanje osjetljivi su na čvrste tvari u proizvedenim fluidima. Radni vijek i performanse ESP-a značajno su se smanjili s povećanjem čvrstih čestica. Osim toga, čvrste tvari povećavaju vrijeme zastoja bušotine i učestalost remonta potrebnih za zamjenu ESP-a.
Čvrste čestice koje često teku kroz pumpe za vještačko podizanje uključuju pijesak iz formacije, propane za hidrauličko frakturiranje, cement i erodirane ili korodirane metalne čestice. Tehnologije u bušotinama dizajnirane za odvajanje čvrstih tvari kreću se od ciklona niske efikasnosti do visokoefikasne 3D žičane mreže od nehrđajućeg čelika. Vrtložni desanderi u bušotinama koriste se u konvencionalnim bunarima decenijama i prvenstveno se koriste za zaštitu pumpi od velikih čestica tokom proizvodnje. Međutim, nekonvencionalni bunari su podložni povremenom protoku, što rezultira time da postojeća tehnologija vrtložnog separatora u bušotinama radi samo povremeno.
Nekoliko različitih varijanti kombinovanih ekrana za kontrolu pijeska i vrtložnih desalinatora u bušotinama predloženo je za zaštitu elektrostatskih odsipnika (ESP). Međutim, postoje praznine u zaštiti i proizvodnim performansama svih pumpi zbog nesigurnosti u raspodjeli veličine i zapremini čvrstih materija koje proizvodi svaka bušotina. Nesigurnost povećava dužinu komponenti za kontrolu pijeska, čime se smanjuje dubina na kojoj se ESP može postaviti, ograničavajući potencijal pada ležišta ESP-a i negativno utičući na ekonomičnost bušotine. Veće dubine postavljanja su poželjne u nekonvencionalnim bunarima. Međutim, upotreba desalinatora i muških sidara za isplaku za ovješenje dugih, krutih sklopova za kontrolu pijeska u dijelovima kućišta sa visokim stepenom izbočenja ograničava poboljšanja MTBF-a ESP-a. Korozija unutrašnje cijevi je još jedan aspekt ovog dizajna koji nije adekvatno procijenjen.
Autori rada iz 2005. godine predstavili su eksperimentalne rezultate separatora pijeska u bušotini baziranog na ciklonskoj cijevi (Slika 1), koji je zavisio od djelovanja ciklona i gravitacije, kako bi pokazali da efikasnost separacije zavisi od viskoznosti nafte, brzine protoka i veličine čestica. Oni pokazuju da efikasnost separatora uveliko zavisi od terminalne brzine čestica. Efikasnost separacije se smanjuje sa smanjenjem brzine protoka, smanjenjem veličine čvrstih čestica i povećanjem viskoznosti nafte, Slika 2. Za tipičan separator u bušotini sa ciklonskom cijevi, efikasnost separacije pada na ~10% kako veličina čestica pada na ~100 µm. Osim toga, kako se brzina protoka povećava, vrtložni separator je podložan eroziji, što utiče na vijek trajanja strukturnih komponenti.
Sljedeća logična alternativa je korištenje 2D filtera za kontrolu pijeska s definiranom širinom proreza. Veličina i distribucija čestica su važni faktori pri odabiru filtera za filtriranje čvrstih tvari u konvencionalnoj ili nekonvencionalnoj proizvodnji iz bušotina, ali mogu biti nepoznati. Čvrste tvari mogu dolaziti iz ležišta, ali se mogu razlikovati od pete do pete; alternativno, filter može zahtijevati filtriranje pijeska iz hidrauličkog frakturiranja. U oba slučaja, troškovi sakupljanja, analize i testiranja čvrstih tvari mogu biti previsoki.
Ako 2D filter za cijevi nije pravilno konfiguriran, rezultati mogu ugroziti ekonomičnost bušotine. Otvori filtera za pijesak koji su premali mogu rezultirati preranim začepljenjem, prekidima rada i potrebom za sanacijskim radovima. Ako su preveliki, omogućavaju čvrstim tvarima da slobodno uđu u proizvodni proces, što može uzrokovati koroziju naftnih cijevi, oštećenje pumpi za umjetno podizanje, isprati površinske prigušnice i ispuniti površinske separatore, što zahtijeva pjeskarenje i odlaganje. Ova situacija zahtijeva jednostavno, isplativo rješenje koje može produžiti vijek trajanja pumpe i pokriti široku distribuciju veličina pijeska.
Da bi se zadovoljila ova potreba, provedena je studija o upotrebi sklopova ventila u kombinaciji sa žičanom mrežom od nehrđajućeg čelika, koja je neosjetljiva na rezultirajuću raspodjelu čvrstih tvari. Studije su pokazale da žičana mreža od nehrđajućeg čelika s promjenjivom veličinom pora i 3D strukturom može efikasno kontrolirati čvrste tvari različitih veličina bez poznavanja raspodjele veličine čestica rezultirajućih čvrstih tvari. 3D žičana mreža od nehrđajućeg čelika može efikasno kontrolirati zrna pijeska svih veličina, bez potrebe za dodatnom sekundarnom filtracijom.
Sklop ventila montiran na dnu sita omogućava nastavak proizvodnje sve dok se elektrostatski odsisavač (ESP) ne izvuče. Sprječava izvlačenje ESP-a odmah nakon što se sito premosti. Rezultirajući sklop sita za kontrolu pijeska na ulazu i ventila štite ESP-ove, pumpe za podizanje šipki i dovršavanje plinskim podizanjem od čvrstih tvari tokom proizvodnje čišćenjem protoka fluida i pruža isplativo rješenje za produženje vijeka trajanja pumpe bez potrebe za prilagođavanjem karakteristika rezervoara različitim situacijama.
Dizajn zaštite pumpe prve generacije. Sklop za zaštitu pumpe koji koristi sita od vune od nehrđajućeg čelika postavljen je u bunaru za gravitacijsku drenažu s parom u zapadnoj Kanadi kako bi zaštitio ESP od čvrstih tvari tokom proizvodnje. Sita filtriraju štetne čvrste tvari iz proizvodne tekućine dok ona ulazi u proizvodni niz. Unutar proizvodnog niza, tekućine teku do ulaza ESP-a, odakle se pumpaju na površinu. Pakeri se mogu postaviti između sita i ESP-a kako bi se osigurala zonska izolacija između proizvodne zone i gornjeg dijela bušotine.
Tokom vremena proizvodnje, prstenasti prostor između filtera i kućišta ima tendenciju da se premosti pijeskom, što povećava otpor protoku. Na kraju, prstenasti prostor se potpuno premosti, zaustavlja protok i stvara razliku u pritisku između bušotine i proizvodne kolone, kao što je prikazano na slici 3. U ovom trenutku, fluid više ne može teći do elektrostatičkog odsjeka (ESP) i kolona za dovršetak se mora izvući. Ovisno o nizu varijabli povezanih s proizvodnjom čvrstih tvari, trajanje potrebno za zaustavljanje protoka kroz most čvrstih tvari na filteru može biti kraće od trajanja koje bi omogućilo ESP-u da pumpa fluid opterećen čvrstim tvarima (srednje vrijeme između kvarova) u tlo, pa je razvijena druga generacija komponenti.
Sklop za zaštitu pumpe druge generacije. Sistem filtera za kontrolu pijeska na ulazu PumpGuard* i sklopa ventila su okačeni ispod REDA* pumpe na Slici 4, primjer nekonvencionalnog završetka ESP-a. Kada bušotina počne s proizvodnjom, filter filtrira čvrste materije u proizvodnji, ali će početi polako da se premošćuje s pijeskom i stvara razliku u pritisku. Kada ovaj diferencijalni pritisak dostigne postavljeni pritisak otvaranja ventila, ventil se otvara, omogućavajući fluidu da teče direktno u cijevni niz do ESP-a. Ovaj protok izjednačava razliku u pritisku preko filtera, olabavljujući prianjanje vreća s pijeskom na vanjskoj strani filtera. Pijesak se slobodno izbija iz prstena, što smanjuje otpor protoka kroz filter i omogućava nastavak protoka. Kako diferencijalni pritisak pada, ventil se vraća u zatvoreni položaj i nastavljaju se normalni uslovi protoka. Ponavljajte ovaj ciklus sve dok ne bude potrebno izvući ESP iz rupe radi servisiranja. Studije slučaja istaknute u ovom članku pokazuju da je sistem u stanju značajno produžiti vijek trajanja pumpe u poređenju sa samim izvođenjem završetka prosijavanjem.
Za nedavnu instalaciju, uvedeno je isplativo rješenje za izolaciju područja između žičane mreže od nehrđajućeg čelika i elektrostatičkog odlučivača (ESP). Iznad sita postavljen je paker u obliku čašice okrenut prema dolje. Iznad pakera u obliku čašice, dodatne perforacije središnje cijevi osiguravaju put protoka za proizvedenu tekućinu da migrira iz unutrašnjosti sita u prstenasti prostor iznad pakera, gdje tekućina može ući u ulaz ESP-a.
Filter od žičane mreže od nehrđajućeg čelika odabran za ovo rješenje nudi nekoliko prednosti u odnosu na 2D tipove mreža zasnovanih na procjepima. 2D filteri se prvenstveno oslanjaju na čestice koje premošćuju procjepe ili utore filtera kako bi izgradili vreće s pijeskom i osigurali kontrolu pijeska. Međutim, budući da se za sito može odabrati samo jedna vrijednost procjepa, sito postaje vrlo osjetljivo na raspodjelu veličine čestica proizvedene tekućine.
Nasuprot tome, debeli mrežasti sloj filtera od žičane mreže od nehrđajućeg čelika pruža visoku poroznost (92%) i veliku otvorenu površinu protoka (40%) za proizvedenu tekućinu iz bušotine. Filter je konstruiran kompresijom mreže od nehrđajućeg čelika i njenim direktnim omotavanjem oko perforirane središnje cijevi, a zatim je enkapsulira unutar perforiranog zaštitnog poklopca koji je zavaren za središnju cijev na svakom kraju. Raspodjela pora u mrežastom sloju, neujednačena kutna orijentacija (u rasponu od 15 µm do 600 µm) omogućuje bezopasnim finim česticama da teku duž 3D putanje protoka prema središnjoj cijevi nakon što se veće i štetne čestice zarobe unutar mreže. Testiranje zadržavanja pijeska na uzorcima ovog sita pokazalo je da filter održava visoku propusnost jer se tekućina generira kroz sito. Učinkovito, ovaj filter jedne "veličine" može podnijeti sve raspodjele veličine čestica proizvedenih tekućina s kojima se susrećemo. Ovaj zaslon od nehrđajućeg čelika razvio je veliki operater 1980-ih posebno za samostalno dovršavanje zaslona u rezervoarima stimuliranim parom i ima opsežan uspjeh u instalacijama.
Sklop ventila sastoji se od ventila s oprugom koji omogućava jednosmjerni protok u cijevni niz iz proizvodnog područja. Podešavanjem prednaprezanja spiralne opruge prije ugradnje, ventil se može prilagoditi kako bi se postigao željeni pritisak otvaranja za primjenu. Tipično, ventil se postavlja ispod žičane mreže od nehrđajućeg čelika kako bi se osigurao sekundarni put protoka između rezervoara i elektrostatskog odsisavača (ESP). U nekim slučajevima, više ventila i mreža od nehrđajućeg čelika rade u seriji, pri čemu srednji ventil ima niži pritisak otvaranja od najnižeg ventila.
Vremenom, čestice formacije ispunjavaju prstenasto područje između vanjske površine zaštitne mreže sklopa pumpe i zida proizvodnog kućišta. Kako se šupljina puni pijeskom i čestice se konsoliduju, pad pritiska na vreći s pijeskom se povećava. Kada ovaj pad pritiska dostigne unaprijed određenu vrijednost, konusni ventil se otvara i omogućava protok direktno kroz ulaz pumpe. U ovoj fazi, protok kroz cijev može razbiti prethodno konsolidovani pijesak duž vanjske strane filtera. Zbog smanjene razlike pritiska, protok će se nastaviti kroz mrežu i usisni ventil će se zatvoriti. Stoga, pumpa može vidjeti protok direktno iz ventila samo kratko vrijeme. Ovo produžava vijek trajanja pumpe, jer većinu protoka čini fluid filtriran kroz pješčanu mrežu.
Sistem zaštite pumpe korišten je s pakerima u tri različite bušotine u bazenu Delaware u Sjedinjenim Američkim Državama. Glavni cilj je smanjiti broj pokretanja i zaustavljanja ESP-a zbog preopterećenja povezanih s pijeskom i povećati dostupnost ESP-a radi poboljšanja proizvodnje. Sistem zaštite pumpe ovješen je na donjem kraju ESP niza. Rezultati naftne bušotine pokazuju stabilne performanse pumpe, smanjene vibracije i intenzitet struje, te tehnologiju zaštite pumpe. Nakon instalacije novog sistema, vrijeme zastoja uzrokovano pijeskom i čvrstim tvarima smanjeno je za 75%, a vijek trajanja pumpe povećan je za više od 22%.
Bunar. ESP sistem je instaliran u novom bušotinskom i frakturirajućem bunaru u okrugu Martin u Teksasu. Vertikalni dio bušotine je približno 9.000 stopa, a horizontalni dio se proteže do 12.000 stopa, izmjerene dubine (MD). Za prva dva završetka, sistem vrtložnog separatora pijeska u bušotini sa šest priključaka obloge instaliran je kao sastavni dio završetka ESP-a. Za dvije uzastopne instalacije koje su koristile isti tip separatora pijeska, uočeno je nestabilno ponašanje radnih parametara ESP-a (intenzitet struje i vibracije). Analiza rastavljanja izvučene ESP jedinice otkrila je da je sklop vrtložnog separatora plina bio začepljen stranim tvarima, za koje je utvrđeno da su pijesak jer nisu magnetski i ne reagiraju hemijski s kiselinom.
U trećoj instalaciji ESP-a, žičana mreža od nehrđajućeg čelika zamijenila je separator pijeska kao sredstvo kontrole pijeska u ESP-u. Nakon instalacije novog sistema zaštite pumpe, ESP je pokazao stabilnije ponašanje, smanjujući raspon fluktuacija struje motora sa ~19 A za instalaciju #2 na ~6,3 A za instalaciju #3. Vibracije su stabilnije i trend je smanjen za 75%. Pad pritiska je također bio stabilan, vrlo malo fluktuirajući u poređenju s prethodnom instalacijom i dobio je dodatnih 100 psi pada pritiska. Isključivanja ESP-a zbog preopterećenja smanjena su za 100% i ESP radi s niskim vibracijama.
Bunar B. U jednom bunaru u blizini Eunicea, Novi Meksiko, drugi nekonvencionalni bunar imao je instaliran ESP, ali bez zaštite pumpe. Nakon početnog pada pri pokretanju, ESP je počeo pokazivati ​​nepravilno ponašanje. Fluktuacije struje i pritiska povezane su s vibracijskim skokovima. Nakon održavanja ovih uvjeta 137 dana, ESP je otkazao i instaliran je zamjenski. Druga instalacija uključuje novi sistem zaštite pumpe s istom konfiguracijom ESP-a. Nakon što je bunar nastavio proizvodnju, ESP je radio normalno, sa stabilnom amperažom i manje vibracija. U vrijeme objavljivanja, drugi rad ESP-a dostigao je preko 300 dana rada, što je značajno poboljšanje u odnosu na prethodnu instalaciju.
Bušotina C. Treća instalacija sistema na licu mjesta bila je u Mentoneu, Teksas, od strane kompanije specijalizirane za naftu i plin koja je imala prekide u radu i kvarove ESP-a zbog proizvodnje pijeska i željela je poboljšati vrijeme rada pumpe. Operateri obično koriste separatore pijeska u bušotinama s oblogom u svakoj ESP bušotini. Međutim, kada se obloga napuni pijeskom, separator će dozvoliti pijesku da teče kroz dio pumpe, korodirajući stepen pumpe, ležajeve i osovinu, što rezultira gubitkom uzgona. Nakon pokretanja novog sistema sa zaštitom pumpe, ESP ima 22% duži radni vijek sa stabilnijim padom pritiska i boljim vremenom rada povezanim s ESP-om.
Broj isključenja uzrokovanih pijeskom i čvrstim tvarima tokom rada smanjen je za 75%, sa 8 slučajeva preopterećenja u prvoj instalaciji na dva u drugoj instalaciji, a broj uspješnih ponovnih pokretanja nakon isključenja zbog preopterećenja povećao se za 30%, sa 8 u prvoj instalaciji. U sekundarnoj instalaciji izvedeno je ukupno 12 događaja, što je ukupno 8 događaja, čime je smanjeno električno opterećenje opreme i povećan radni vijek ESP-a.
Slika 5 prikazuje nagli porast usisnog pritiska (plavo) kada je mreža od nehrđajućeg čelika blokirana i sklop ventila otvoren. Ovaj pritisak može dodatno poboljšati efikasnost proizvodnje predviđanjem kvarova ESP-a povezanih s pijeskom, tako da se mogu planirati zamjenske operacije s remontnim platformama.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Eksperimentalna analiza vrtložne cijevi kao uređaja za odvajanje pijeska iz bušotine“, SPE rad 94673-MS, predstavljen na SPE konferenciji o naftnom inženjerstvu Latinske Amerike i Kariba, Rio de Janeiro, Brazil, 20. juni – 23. februar 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ovaj članak sadrži elemente iz SPE rada 207926-MS, predstavljenog na Međunarodnoj izložbi i konferenciji o nafti u Abu Dhabiju, UAE, od 15. do 18. novembra 2021. godine.
Svi materijali podliježu strogo primijenjenim zakonima o autorskim pravima, molimo pročitajte naše Uslove i odredbe, Politiku kolačića i Politiku privatnosti prije korištenja ove stranice.