I cumpunenti di prutezzione di a pompa sò stati pruvati per prutege e pompe da a sabbia è allargà a vita operativa di l'ESP in pozzi non cunvenziunali. Sta suluzione cuntrolla u refluxu di a sabbia di fratturazione è altri solidi chì ponu causà sovraccarichi è tempi di inattività. A tecnulugia abilitante elimina i prublemi assuciati à l'incertezza di a distribuzione di a dimensione di e particelle.
Cù u crescente numeru di pozzi di petroliu chì si basanu nantu à l'ESP, l'estensione di a vita di i sistemi di pompaggio sommergibile elettricu (ESP) diventa sempre più impurtante. A vita operativa è e prestazioni di e pompe di sollevamentu artificiale sò sensibili à i solidi in i fluidi prudutti. A vita operativa è e prestazioni di l'ESP sò diminuite significativamente cù l'aumentu di e particelle solide. Inoltre, i solidi aumentanu u tempu di inattività di u pozzu è a frequenza di workover necessaria per rimpiazzà l'ESP.
E particelle solide chì spessu scorrenu attraversu e pompe di sollevamentu artificiale includenu sabbia di furmazione, proppants di fratturazione idraulica, cimentu è particelle metalliche erose o corrose. E tecnulugie di fondu di pozzu cuncepite per separà i solidi varianu da cicloni à bassa efficienza à rete metallica d'acciaio inox 3D à alta efficienza. I desanderanti di vortice di fondu di pozzu sò stati aduprati in pozzi convenzionali per decennii, è sò principalmente aduprati per prutege e pompe da particelle grandi durante a produzzione. Tuttavia, i pozzi non convenzionali sò sottumessi à un flussu di lumache intermittente, chì si traduce in a tecnulugia esistente di separazione di vortice di fondu di pozzu chì funziona solu in modu intermittente.
Parechje varianti diverse di schermi di cuntrollu di sabbia cumminati è disabbiatori di vortice in fondu di pozzu sò state pruposte per prutege l'ESP. Tuttavia, ci sò lacune in a prutezzione è in e prestazioni di pruduzzione di tutte e pompe per via di l'incertezza in a distribuzione di e dimensioni è u vulume di solidi prudutti da ogni pozzu. L'incertezza aumenta a lunghezza di i cumpunenti di cuntrollu di a sabbia, riducendu cusì a prufundità à a quale l'ESP pò esse stallatu, limitendu u putenziale di diminuzione di u reservoir di l'ESP è avendu un impattu negativu nantu à l'ecunumia di i pozzi. E prufundità di stallazione più profonde sò preferite in i pozzi non cunvenziunali. Tuttavia, l'usu di disabbiatori è ancore di fangu à tappu maschile per suspende assemblaggi di cuntrollu di sabbia longhi è rigidi in sezioni di rivestimentu cù alta gravità di dogleg hà limitatu i miglioramenti MTBF di l'ESP. A corrosione di u tubu internu hè un altru aspettu di stu disignu chì ùn hè statu valutatu adeguatamente.
L'autori di un articulu di u 2005 anu presentatu risultati sperimentali di un separatore di sabbia in fondu di pozzu basatu annantu à un tubu ciclonicu (Figura 1), chì dipende da l'azione di u ciclone è da a gravità, per mustrà chì l'efficienza di separazione dipende da a viscosità di l'oliu, a velocità di flussu è a dimensione di e particelle. Mostranu chì l'efficienza di u separatore dipende largamente da a velocità terminale di e particelle. L'efficienza di separazione diminuisce cù a diminuzione di a velocità di flussu, a diminuzione di a dimensione di e particelle solide è l'aumentu di a viscosità di l'oliu, Figura 2. Per un tipicu separatore di fondu di pozzu à tubu ciclonicu, l'efficienza di separazione scende à ~10% quandu a dimensione di e particelle scende à ~100 µm. Inoltre, quandu a velocità di flussu aumenta, u separatore di vortici hè sottumessu à l'usura per erosione, chì affetta a vita di i cumpunenti strutturali.
A prossima alternativa logica hè di utilizà un schermu di cuntrollu di sabbia 2D cù una larghezza di fessura definita. A dimensione è a distribuzione di e particelle sò cunsiderazioni impurtanti quandu si sceglienu schermi per filtrà i solidi in a pruduzzione di pozzi cunvinziunali o micca cunvinziunali, ma ponu esse scunnisciute. I solidi ponu vene da u reservoir, ma ponu varià da un tallone à l'altru; in alternativa, u schermu pò avè bisognu di filtrà a sabbia da a fratturazione idraulica. In ogni casu, u costu di a raccolta, l'analisi è i testi di i solidi pò esse pruibitivu.
Sè u screnu di tubi 2D ùn hè micca cunfiguratu currettamente, i risultati ponu compromettere l'ecunumia di u pozzu. L'aperture di u screnu di sabbia chì sò troppu chjuche ponu purtà à otturazioni premature, arresti è a necessità di riparazioni. Sè sò troppu grande, permettenu à i solidi di entre liberamente in u prucessu di pruduzzione, ciò chì pò corrode i tubi di petroliu, dannà e pompe di sollevamentu artificiali, lavà i strozzature di superficie è riempie i separatori di superficie, richiedendu sabbiatura è smaltimentu. Questa situazione richiede una suluzione simplice è economica chì pò allargà a vita di a pompa è copre una larga distribuzione di dimensioni di sabbia.
Per risponde à questu bisognu, hè statu realizatu un studiu nantu à l'usu di gruppi di valvole in cumbinazione cù una maglia metallica d'acciaio inox, chì hè insensibile à a distribuzione di i solidi risultanti. Studi anu dimustratu chì a maglia metallica d'acciaio inox cù una dimensione di pori variabile è una struttura 3D pò cuntrullà efficacemente i solidi di varie dimensioni senza cunnosce a distribuzione di a dimensione di e particelle di i solidi risultanti. A maglia metallica d'acciaio inox 3D pò cuntrullà efficacemente i grani di sabbia di tutte e dimensioni, senza a necessità di una filtrazione secundaria extra.
Un gruppu di valvole muntatu nantu à u fondu di u screnu permette à a pruduzzione di cuntinuà finu à chì l'ESP hè estrattu. Impedisce à l'ESP di esse recuperatu subitu dopu chì u screnu hè statu culligatu. U screnu di cuntrollu di a sabbia d'entrata risultante è u gruppu di valvole prutegge l'ESP, e pompe di sollevamentu di l'asta è i cumpletamenti di sollevamentu di gas da i solidi durante a pruduzzione pulendu u flussu di fluidu è furnisce una suluzione rentable per allargà a vita di a pompa senza avè da adattà e caratteristiche di u reservoir per diverse situazioni.
Cuncepimentu di prutezzione di pompa di prima generazione. Un assemblaggio di prutezzione di pompa chì utilizza schermi di lana d'acciaio inox hè statu implementatu in un pozzu di drenaggiu per gravità assistita da vapore in u Canada occidentale per prutege l'ESP da i solidi durante a pruduzzione. I schermi filtranu i solidi dannosi da u fluidu di pruduzzione quandu entra in a stringa di pruduzzione. Dentru à a stringa di pruduzzione, i fluidi scorrenu versu l'entrata di l'ESP, induve sò pompati in superficia. I packer ponu esse installati trà u schermu è l'ESP per furnisce un isolamentu zonale trà a zona di pruduzzione è u pozzu superiore.
Cù u tempu di pruduzzione, u spaziu anulare trà u schermu è u rivestimentu tende à custituisce un ponte cù a sabbia, ciò chì aumenta a resistenza à u flussu. Infine, l'anellu custituisce un ponte cumpletu, ferma u flussu è crea una differenza di pressione trà u pozzu è a colonna di pruduzzione, cum'è mostratu in a Figura 3. À questu puntu, u fluidu ùn pò più scorrere versu l'ESP è a colonna di cumpletamentu deve esse tirata. Sicondu un numeru di variabili relative à a pruduzzione di solidi, a durata necessaria per piantà u flussu attraversu u ponte di solidi nantu à u schermu pò esse inferiore à a durata chì permetterebbe à l'ESP di pompà u fluidu carcu di solidi in u tempu mediu trà i guasti à terra, dunque hè stata sviluppata a seconda generazione di cumpunenti.
L'assemblea di prutezzione di a pompa di seconda generazione. U sistema di assemblea di valvula è di schermu di cuntrollu di sabbia d'entrata PumpGuard* hè suspesu sottu à a pompa REDA* in a Figura 4, un esempiu di un cumpletamentu ESP non cunvinziunale. Una volta chì u pozzu produce, u schermu filtra i solidi in pruduzzione, ma cumincierà à fà un ponte pianu pianu cù a sabbia è à creà una differenza di pressione. Quandu sta pressione differenziale ghjunghje à a pressione di cracking impostata da a valvula, a valvula si apre, permettendu à u fluidu di scorrere direttamente in a stringa di tubi versu l'ESP. Stu flussu equalizeghja a differenza di pressione attraversu u schermu, allentendu a presa di i sacchi di sabbia à l'esternu di u schermu. A sabbia hè libera di esce da l'anellu, ciò chì riduce a resistenza à u flussu attraversu u schermu è permette à u flussu di ripiglià. Quandu a pressione differenziale cala, a valvula torna à a so pusizione chjusa è e cundizioni di flussu nurmali ripiglianu. Ripetite stu ciclu finu à chì hè necessariu tirà l'ESP fora di u foru per a manutenzione. I studii di casu messi in risaltu in questu articulu dimustranu chì u sistema hè capace di allargà significativamente a vita di a pompa paragunatu à u cumpletamentu di u screening solu.
Per l'installazione recente, hè stata introdutta una suluzione basata nantu à i costi per l'isolamentu di a zona trà a maglia metallica d'acciaio inox è l'ESP. Un imballatore à tazze rivoltu versu u bassu hè muntatu sopra a sezione di u schermu. Sopra l'imballatore à tazze, perforazioni supplementari di u tubu centrale furniscenu un percorsu di flussu per u fluidu pruduttu per migrà da l'internu di u schermu à u spaziu anulare sopra l'imballatore, induve u fluidu pò entre in l'entrata ESP.
U filtru in maglia d'acciaio inox sceltu per sta suluzione offre parechji vantaghji rispetto à i tipi di maglia 2D basati nantu à i spazii. I filtri 2D si basanu principalmente nantu à e particelle chì si estendenu nantu à i spazii o e fessure di u filtru per custruisce sacchi di sabbia è furnisce u cuntrollu di a sabbia. Tuttavia, postu chì solu un valore di spaziu unicu pò esse sceltu per u schermu, u schermu diventa assai sensibile à a distribuzione di a dimensione di e particelle di u fluidu pruduttu.
In cuntrastu, u lettu di maglia spessa di i filtri in maglia d'acciaio inox furnisce una alta porosità (92%) è una grande area di flussu apertu (40%) per u fluidu di u pozzu pruduttu. U filtru hè custruitu cumprimendu una maglia di lana d'acciaio inox è avvolgendula direttamente intornu à un tubu centrale perforatu, poi a incapsula in una copertura protettiva perforata chì hè saldata à u tubu centrale à ogni estremità. A distribuzione di i pori in u lettu di maglia, l'orientazione angulare non uniforme (chì varieghja da 15 µm à 600 µm) permette à e particelle innocue di scorrere longu un percorsu di flussu 3D versu u tubu centrale dopu chì e particelle più grande è dannose sò intrappulate in a maglia. I testi di ritenzione di sabbia nantu à campioni di questu setaccio anu dimustratu chì u filtru mantene una alta permeabilità perchè u fluidu hè generatu attraversu u setaccio. In effetti, questu filtru di "dimensione unica" pò trattà tutte e distribuzioni di dimensione di e particelle di i fluidi prudutti incontrati. Questu schermu di lana d'acciaio inox hè statu sviluppatu da un operatore maiò in l'anni 1980 specificamente per cumpletamenti di schermi autonomi in riservori stimulati da vapore è hà una vasta esperienza di installazioni riesciute.
L'assemblea di a valvula hè custituita da una valvula caricata da una molla chì permette un flussu unidirezionale in a stringa di tubi da a zona di pruduzzione. Aghjustendu a precarica di a molla elicoidale prima di l'installazione, a valvula pò esse persunalizata per ottene a pressione di cracking desiderata per l'applicazione. Tipicamente, una valvula hè eseguita sottu à a rete metallica d'acciaio inox per furnisce un percorsu di flussu secundariu trà u reservoir è l'ESP. In certi casi, parechje valvule è rete d'acciaio inox operanu in serie, cù a valvula media chì hà una pressione di cracking più bassa chè a valvula più bassa.
Cù u tempu, e particelle di furmazione riempienu l'area anulare trà a superficia esterna di u schermu di u gruppu di prutezione di a pompa è u muru di l'involucru di pruduzzione. Mentre a cavità si riempie di sabbia è e particelle si consolidanu, a caduta di pressione attraversu u saccu di sabbia aumenta. Quandu sta caduta di pressione ghjunghje à un valore preimpostatu, a valvula conica si apre è permette u flussu direttamente attraversu l'entrata di a pompa. In questa fase, u flussu attraversu u tubu hè capace di rompe a sabbia precedentemente consolidata longu l'esternu di u filtru à schermu. A causa di a riduzione di a differenza di pressione, u flussu riprenderà attraversu u schermu è a valvula di aspirazione si chjuderà. Dunque, a pompa pò vede u flussu direttamente da a valvula solu per un cortu periodu di tempu. Questu prolonga a vita di a pompa, postu chì a maiò parte di u flussu hè u fluidu filtratu attraversu u schermu di sabbia.
U sistema di prutezzione di a pompa hè statu operatu cù packers in trè pozzi diversi in u bacinu di Delaware in i Stati Uniti. L'obiettivu principale hè di riduce u numeru di partenze è arresti di ESP per via di sovraccarichi ligati à a sabbia è di aumentà a dispunibilità di ESP per migliurà a pruduzzione. U sistema di prutezzione di a pompa hè suspesu da l'estremità inferiore di a stringa ESP. I risultati di u pozzu di petroliu mostranu prestazioni stabili di a pompa, vibrazioni è intensità di corrente ridotte, è tecnulugia di prutezzione di a pompa. Dopu avè installatu u novu sistema, u tempu di inattività ligatu à a sabbia è à i solidi hè statu riduttu di u 75% è a vita di a pompa hè aumentata di più di u 22%.
Un pozzu. Un sistema ESP hè statu stallatu in un novu pozzu di perforazione è fratturazione in a contea di Martin, in Texas. A parte verticale di u pozzu hè di circa 9.000 piedi è a parte orizzontale si estende finu à 12.000 piedi, prufundità misurata (MD). Per i primi dui cumpletamenti, hè statu stallatu un sistema di separazione di sabbia vortice in fondu di pozzu cù sei cunnessione di rivestimentu cum'è parte integrante di u cumpletamentu ESP. Per duie installazioni consecutive chì utilizanu u listessu tipu di separatore di sabbia, hè statu osservatu un cumpurtamentu instabile di i parametri operativi ESP (intensità di corrente è vibrazione). L'analisi di smontaggio di l'unità ESP tirata hà rivelatu chì l'assemblea di separazione di gas vortice era intasata da materia straniera, chì hè stata determinata cum'è sabbia perchè ùn hè micca magnetica è ùn reagisce micca chimicamente cù l'acidu.
In a terza installazione ESP, a maglia metallica d'acciaio inox hà rimpiazzatu u separatore di sabbia cum'è mezzu di cuntrollu di a sabbia ESP. Dopu avè installatu u novu sistema di prutezzione di a pompa, l'ESP hà mostratu un cumpurtamentu più stabile, riducendu a gamma di fluttuazioni di corrente di u mutore da ~19 A per l'installazione #2 à ~6,3 A per l'installazione #3. A vibrazione hè più stabile è a tendenza hè ridutta di u 75%. Ancu a caduta di pressione era stabile, fluttuendu assai pocu paragunata à l'installazione precedente è hà guadagnatu una caduta di pressione supplementaria di 100 psi. L'arresti per sovraccaricu ESP sò ridutti di u 100% è ESP funziona cù basse vibrazioni.
Pozzu B. In un pozzu vicinu à Eunice, New Mexico, un altru pozzu micca cunvinziunale avia un ESP installatu ma senza prutezzione di pompa. Dopu à a caduta iniziale di l'avvio, l'ESP hà cuminciatu à mustrà un cumpurtamentu erraticu. E fluttuazioni di corrente è di pressione sò assuciate à picchi di vibrazione. Dopu avè mantinutu queste cundizioni per 137 ghjorni, l'ESP hà fiascatu è hè statu installatu un rimpiazzamentu. A seconda installazione include un novu sistema di prutezzione di pompa cù a stessa cunfigurazione ESP. Dopu chì u pozzu hà ripresu a pruduzzione, l'ESP funzionava nurmalmente, cù un amperaggio stabile è menu vibrazioni. À u mumentu di a publicazione, a seconda corsa di ESP avia righjuntu più di 300 ghjorni di funziunamentu, un miglioramentu significativu rispetto à l'installazione precedente.
Pozzu C. A terza installazione in situ di u sistema hè stata in Mentone, Texas, da una sucietà specializata in petroliu è gas chì hà avutu interruzioni è fallimenti ESP per via di a pruduzzione di sabbia è vulia migliurà u tempu di funziunamentu di a pompa. L'operatori utilizanu tipicamente separatori di sabbia in fondu di pozzu cù rivestimentu in ogni pozzu ESP. Tuttavia, una volta chì u rivestimentu si riempie di sabbia, u separatore permetterà à a sabbia di scorrere attraversu a sezione di a pompa, corrodendu u stadiu di a pompa, i cuscinetti è l'alberu, risultendu in una perdita di portanza. Dopu avè eseguitu u novu sistema cù u protettore di a pompa, l'ESP hà una vita operativa più longa di u 22% cù una caduta di pressione più stabile è un megliu tempu di funziunamentu ligatu à l'ESP.
U numeru di spegnimenti ligati à a sabbia è à i solidi durante u funziunamentu hè diminuitu di 75%, da 8 eventi di sovraccaricu in a prima installazione à dui in a seconda installazione, è u numeru di riavvii riesciuti dopu à l'arrestu per sovraccaricu hè aumentatu di 30%, da 8 in a prima installazione. Un totale di 12 eventi, per un totale di 8 eventi, sò stati realizati in l'installazione secundaria, riducendu u stress elettricu nantu à l'attrezzatura è aumentendu a vita operativa di l'ESP.
A figura 5 mostra l'aumentu subitu di a firma di pressione d'entrata (blu) quandu a maglia d'acciaio inox hè bluccata è u gruppu di valvula hè apertu. Sta firma di pressione pò migliurà ulteriormente l'efficienza di a produzzione prevedendu i guasti ESP ligati à a sabbia, cusì si ponu pianificà operazioni di sustituzione cù impianti di workover.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Analisi sperimentale di u tubu à vortice cum'è dispositivu di desandering in fondu di pozzu", SPE Paper 94673-MS, presentatu à a Cunferenza SPE di Ingegneria Petrolifera in America Latina è Caraibi, Rio de Janeiro, Brasile, 20 di ghjugnu - 23 di ferraghju 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Questu articulu cuntene elementi di u documentu SPE 207926-MS, presentatu à a Mostra è Cunferenza Internaziunale di u Petroliu d'Abu Dhabi in Abu Dhabi, Emirati Arabi Uniti, da u 15 à u 18 di nuvembre 2021.
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