Pumbakaitsekomponendid on tõestatult kaitsnud pumpasid liiva eest ja pikendanud elektrifiltrite (ESP) tööiga ebatavalistes puurkaevudes. See lahendus kontrollib hüdraulilise purustamise liiva ja muude tahkete ainete tagasivoolu, mis võib põhjustada ülekoormust ja seisakuid. See tehnoloogia kõrvaldab osakeste suurusjaotuse ebakindlusega seotud probleemid.
Kuna üha rohkem naftapuurauke tugineb ESP-dele, muutub elektriliste sukeldatavate pumpamissüsteemide (ESP) eluea pikendamine üha olulisemaks. Kunstlike tõstepumpade tööiga ja jõudlus on tundlikud toodetud vedelikes sisalduvate tahkete ainete suhtes. ESP tööiga ja jõudlus lühenesid tahkete osakeste suurenemisega märkimisväärselt. Lisaks suurendavad tahked ained puuraukude seisakuid ja ESP väljavahetamiseks vajalikku ümbertöötamise sagedust.
Kunstlike tõstepumpade kaudu voolavate tahkete osakeste hulka kuuluvad formatsiooniliiv, hüdraulilise purustamise tugimaterjalid, tsement ning erodeerunud või korrodeerunud metallosakesed. Tahkete ainete eraldamiseks mõeldud puuraugu tehnoloogiad ulatuvad madala efektiivsusega tsüklonitest kuni kõrge efektiivsusega 3D roostevabast terasest traatvõrguni. Puuraugu keeriseraldajaid on tavapärastes puuraukudes kasutatud aastakümneid ja neid kasutatakse peamiselt pumpade kaitsmiseks suurte osakeste eest tootmise ajal. Tavapärastes puuraukudes esineb aga vahelduvat õhuvoolu, mille tulemusel töötab olemasolev puuraugu keeriseraldustehnoloogia ainult vahelduvalt.
ESP-de kaitsmiseks on pakutud välja mitu erinevat varianti kombineeritud liivakontrolli sõeltest ja puurkaevu keeris-desander-seadmetest. Kõigi pumpade kaitses ja tootlikkuses on aga lünki, mis on tingitud iga puurkaevu toodetava tahkete ainete suurusjaotuse ja mahu ebakindlusest. Ebakindlus suurendab liivakontrolli komponentide pikkust, vähendades seeläbi ESP paigaldamise sügavust, piirates ESP reservuaari languspotentsiaali ja mõjutades negatiivselt puurkaevu ökonoomsust. Ebatraditsioonilistes puurkaevudes eelistatakse sügavamaid paigaldussügavusi. Lihvimisseadmete ja isaskorgiga mudankrute kasutamine pikkade ja jäikade liivakontrolli sõlmede riputamiseks korpuse sektsioonides, millel on suur dogleg-koormus, piirab aga ESP MTBF-i paranemist. Sisemise toru korrosioon on selle konstruktsiooni teine ​​aspekt, mida pole piisavalt hinnatud.
2005. aasta artikli autorid esitasid tsüklontorul põhineva liivaseparaatori (joonis 1) eksperimentaalsed tulemused, mis sõltusid tsükloni toimest ja gravitatsioonist, et näidata, et separaatori efektiivsus sõltub õli viskoossusest, voolukiirusest ja osakeste suurusest. Nad näitavad, et separaatori efektiivsus sõltub suuresti osakeste lõppkiirusest. Eraldustõhusus väheneb voolukiiruse vähenemise, tahkete osakeste suuruse vähenemise ja õli viskoossuse suurenemisega (joonis 2). Tüüpilise tsüklontoruga separaatori puhul langeb separatsiooni efektiivsus ~10%-ni, kui osakeste suurus langeb ~100 µm-ni. Lisaks on keeriseparaator voolukiiruse suurenedes aldis erosioonikulumisele, mis mõjutab konstruktsioonielementide eluiga.
Järgmine loogiline alternatiiv on kasutada 2D liivakontrolli sõela, millel on määratletud pilu laius. Osakeste suurus ja jaotus on olulised kaalutlused tahkete ainete filtreerimiseks sõelte valimisel tavapärase või ebatavalise puurkaevu tootmisel, kuid need ei pruugi olla teada. Tahked ained võivad pärineda reservuaarist, kuid need võivad kannast kannani erineda; alternatiivina võib sõel vajada hüdraulilise purustamise teel tekkiva liiva filtreerimist. Mõlemal juhul võivad tahkete ainete kogumise, analüüsi ja testimise kulud olla liiga suured.
Kui 2D-torusõel ei ole õigesti konfigureeritud, võivad tulemused kahjustada puuraugu ökonoomsust. Liiga väikesed liivasõela avad võivad põhjustada enneaegset ummistumist, seiskamisi ja vajadust parandustööde järele. Kui avad on liiga suured, lasevad need tahketel ainetel vabalt tootmisprotsessi siseneda, mis võib söövitada naftatorusid, kahjustada kunstlikke tõstepumpasid, loputada pinna drosselid ja täita pinnaseparaatoreid, mis nõuab liivapritsimist ja utiliseerimist. Selline olukord nõuab lihtsat ja kulutõhusat lahendust, mis pikendab pumba eluiga ja katab laia liivasuuruste jaotuse.
Selle vajaduse rahuldamiseks viidi läbi uuring klapikomplektide kasutamise kohta koos roostevabast terasest traatvõrguga, mis ei ole tekkivate tahkete ainete jaotuse suhtes tundlik. Uuringud on näidanud, et muutuva poorisuuruse ja 3D-struktuuriga roostevabast terasest traatvõrk suudab tõhusalt kontrollida erineva suurusega tahkeid aineid, teadmata tekkivate tahkete ainete osakeste suurusjaotust. 3D-roostevabast terasest traatvõrk suudab tõhusalt kontrollida igas suuruses liivateri ilma täiendava sekundaarse filtreerimise vajaduseta.
Sõela põhjale paigaldatud klapikomplekt võimaldab tootmisel jätkuda kuni elektrifiltri (ESP) väljatõmbamiseni. See takistab ESP kohest väljatõmbamist pärast sõela sulgemist. Saadud sisselaskeliiva kontrollsõel ja klapikomplekt kaitsevad ESP-sid, varrastõstepumpasid ja gaasitõstekomplekte tahkete ainete eest tootmise ajal, puhastades vedelikuvoolu, ning pakuvad kulutõhusat lahendust pumba eluea pikendamiseks ilma, et peaks reservuaari omadusi erinevate olukordade jaoks kohandama.
Esimese põlvkonna pumbakaitse disain. Lääne-Kanadas paigaldati auru abil töötavasse gravitatsioonilise drenaažikaevu pumbakaitsekomplekt, mis kasutab roostevabast terasest villast sõelasid, et kaitsta elektrifiltrit (ESP) tahkete ainete eest tootmise ajal. Sõelad filtreerivad tootmisvedelikust kahjulikke tahkeid aineid, kui see tootmisliini siseneb. Tootmisliini sees voolavad vedelikud ESP sisselaskeavasse, kust need pinnale pumbatakse. Sõela ja ESP vahele saab paigaldada pakkijaid, et tagada tootmistsooni ja ülemise puuraugu vahel tsooniline isolatsioon.
Tootmisaja jooksul kipub sõela ja korpuse vaheline rõngakujuline ruum liivaga täituma, mis suurendab voolutakistust. Lõpuks täitub rõngakujuline ruum täielikult, peatab voolu ja tekitab puuraugu ja tootmisnööri vahel rõhuerinevuse, nagu on näidatud joonisel 3. Sel hetkel ei saa vedelik enam elektrifiltrisse (ESP) voolata ja lõppnöör tuleb välja tõmmata. Sõltuvalt mitmest tahkete ainete tootmisega seotud muutujast võib sõelal oleva tahkete ainete silla läbimise peatamiseks kuluv aeg olla lühem kui aeg, mis võimaldaks ESP-l tahkete ainetega koormatud vedelikku pinnasesse pumbata keskmise riketevahelise aja jooksul, seega töötati välja teise põlvkonna komponendid.
Teise põlvkonna pumbakaitsekomplekt. PumpGuard* sisselaske liiva kontrollsõela ja klapikomplekti süsteem riputatakse joonisel 4 REDA* pumba alla, mis on näide ebatavalisest ESP-komplektatsioonist. Kui puurkaev hakkab tootma, filtreerib sõel tootmises olevad tahked ained, kuid hakkab aeglaselt liivaga silduma ja tekitama rõhu diferentsiaali. Kui see rõhu diferentsiaal jõuab klapi seatud pragunemisrõhuni, avaneb ventiil, võimaldades vedelikul voolata otse ESP-sse suunduvasse torustikku. See vool võrdsustab rõhu diferentsiaali üle sõela, lõdvendades liivakottide haaret sõela välisküljel. Liiv pääseb rõngasõõnsusest välja, mis vähendab voolutakistust läbi sõela ja võimaldab voolul taastuda. Kui rõhu diferentsiaal langeb, naaseb ventiil suletud asendisse ja normaalsed voolutingimused taastuvad. Korrake seda tsüklit seni, kuni on vaja ESP hooldamiseks august välja tõmmata. Selles artiklis esile tõstetud juhtumiuuringud näitavad, et süsteem suudab pumba eluiga oluliselt pikendada võrreldes ainult sõelumise lõpetamisega.
Hiljutise paigalduse jaoks võeti roostevabast terasest traatvõrgu ja elektrifiltri vahelise ala isoleerimiseks kasutusele kulupõhine lahendus. Sõela sektsiooni kohale on paigaldatud allapoole suunatud topsikujuline pakkija. Topsikujulise pakkija kohal on täiendavad keskmised toruperforatsioonid, mis võimaldavad toodetud vedelikul liikuda sõela sisemusest pakkija kohal asuvasse rõngakujulisse ruumi, kust vedelik saab siseneda elektrifiltri sisselaskeavasse.
Selle lahenduse jaoks valitud roostevabast terasest traatvõrgust filter pakub mitmeid eeliseid pilupõhiste 2D-võrgutüüpide ees. 2D-filtrid tuginevad peamiselt osakestele, mis ulatuvad filtripilude või -avade vahele, et moodustada liivakotte ja tagada liiva kontroll. Kuna sõelale saab aga valida ainult ühe pilu väärtuse, muutub sõel toodetud vedeliku osakeste suurusjaotuse suhtes väga tundlikuks.
Seevastu paks roostevabast terasest traatvõrgust filtrikiht tagab toodetud puuraugu vedelikule suure poorsuse (92%) ja suure avatud vooluala (40%). Filter on konstrueeritud roostevabast terasest fliisvõrgu kokkusurumise ja selle otse perforeeritud kesktoru ümber mässimise teel, seejärel kapseldades selle perforeeritud kaitsekatte sisse, mis on keevitatud kesktoru külge mõlemast otsast. Pooride jaotus võrgukihis, ebaühtlane nurkorientatsioon (vahemikus 15 µm kuni 600 µm), võimaldab ohututel peenosakestel voolata mööda 3D-vooluteed kesktoru poole pärast seda, kui suuremad ja kahjulikud osakesed on võrku kinni jäänud. Selle sõela proovide liivapeetuse testimine näitas, et filter säilitab kõrge läbilaskvuse, kuna vedelikku genereeritakse läbi sõela. Tegelikult saab see ühe suurusega filter hakkama kõigi toodetud vedelike osakeste suurusjaotustega. Selle roostevabast terasest villast sõela töötas välja suurettevõte 1980. aastatel spetsiaalselt auruga stimuleeritud reservuaaride iseseisvate sõelte jaoks ning sellel on ulatuslik edukate paigalduste ajalugu.
Ventiilikomplekt koosneb vedruga koormatud ventiilist, mis võimaldab ühesuunalist voolu tootmispiirkonnast torustikku. Enne paigaldamist vedru eelpinge reguleerimisega saab ventiili kohandada, et saavutada rakenduse jaoks soovitud pragunemisrõhk. Tavaliselt paigaldatakse roostevabast terasest traatvõrgu alla ventiil, et luua reservuaari ja ESP vahel teine ​​voolutee. Mõnel juhul töötavad mitu ventiili ja roostevabast terasest võrku järjestikku, kusjuures keskmisel ventiilil on madalam pragunemisrõhk kui madalaimal ventiilil.
Aja jooksul täidavad moodustunud osakesed pumba kaitsekomplekti sõela välispinna ja tootmiskorpuse seina vahelise rõngakujulise ala. Kui õõnsus täitub liivaga ja osakesed tihenevad, suureneb rõhulang liivakoti kohal. Kui see rõhulang saavutab etteantud väärtuse, avaneb koonusventiil ja laseb vedelikul voolata otse läbi pumba sisselaskeava. Selles etapis suudab toru läbiv vool purustada eelnevalt tihendatud liiva sõela välisküljel. Vähenenud rõhuerinevuse tõttu taastub vool läbi sõela ja sisselaskeventiil sulgub. Seetõttu näeb pump ventiilist otse tulevat voolu vaid lühikest aega. See pikendab pumba eluiga, kuna suurem osa voolust on liivasõela kaudu filtreeritud vedelik.
Pumbakaitsesüsteemi käitati pakkeritega kolmes erinevas puurkaevus Delaware'i basseinis Ameerika Ühendriikides. Peamine eesmärk on vähendada liivast tingitud ülekoormusest tingitud ESP käivituste ja seiskamiste arvu ning suurendada ESP kättesaadavust tootmise parandamiseks. Pumbakaitsesüsteem riputatakse ESP ahela alumisse otsa. Naftapuuraugu tulemused näitavad pumba stabiilset jõudlust, vähenenud vibratsiooni ja voolutugevust ning pumba kaitsetehnoloogiat. Pärast uue süsteemi paigaldamist vähenes liiva ja tahkete ainetega seotud seisakuaeg 75% ning pumba eluiga pikenes enam kui 22%.
Puurkaev. Texase osariigis Martini maakonnas paigaldati uude puur- ja purustamiskaevu ESP-süsteem. Puurkaevu vertikaalne osa on umbes 9000 jalga pikk ja horisontaalne osa ulatub 12 000 jala kõrgusele (mõõdetud sügavus (MD)). Kahe esimese valmimise korral paigaldati ESP valmimise lahutamatu osana kuue vooderühendusega keeris-liivaeraldussüsteem. Kahe järjestikuse sama tüüpi liivaeraldajat kasutava paigalduse puhul täheldati ESP tööparameetrite (voolutugevus ja vibratsioon) ebastabiilset käitumist. Väljatõmmatud ESP-seadme lahtivõtmise analüüs näitas, et keeris-gaasieraldusseade oli ummistunud võõrkehadega, mis leiti olevat liiv, kuna see ei ole magnetiline ega reageeri keemiliselt happega.
Kolmandas ESP paigaldises asendas liivaeraldaja roostevabast terasest traatvõrk ESP liiva kontrollimise vahendina. Pärast uue pumba kaitsesüsteemi paigaldamist näitas ESP stabiilsemat käitumist, vähendades mootori voolu kõikumiste vahemikku ~19 A-lt paigaldise nr 2 puhul ~6,3 A-ni paigaldise nr 3 puhul. Vibratsioon on stabiilsem ja selle trend on vähenenud 75%. Rõhulangus oli samuti stabiilne, kõikudes eelmise paigaldisega võrreldes väga vähe ja saavutades täiendava 100 psi rõhulangu. ESP ülekoormusest tingitud väljalülitused vähenevad 100% ja ESP töötab madala vibratsiooniga.
Puurkaev B. Ühes puurkaevus Eunice'i lähedal New Mexicos oli teise ebatavalise puurkaevu paigaldatud elektriline filtri (ESP), kuid pumba kaitse puudus. Pärast esialgset pumba allakukkumist hakkas ESP ebakorrapäraselt käituma. Voolu ja rõhu kõikumised on seotud vibratsioonipiikidega. Pärast nende tingimuste säilitamist 137 päeva jooksul ESP rikki läks ja paigaldati asendus. Teine paigaldis sisaldab uut pumba kaitsesüsteemi sama ESP konfiguratsiooniga. Pärast puurkaevu tootmise jätkamist töötas ESP normaalselt, stabiilse voolutugevuse ja väiksema vibratsiooniga. Avaldamise ajal oli ESP teine ​​​​töötund saavutanud üle 300 tööpäeva, mis on eelmise paigaldisega võrreldes märkimisväärne edasiminek.
Puurkaev C. Süsteemi kolmas kohapealne paigaldus toimus Mentones Texases nafta- ja gaasitööstusele spetsialiseerunud ettevõtte poolt, millel esines liiva tootmise tõttu katkestusi ja ESP rikkeid ning kes soovis parandada pumba tööaega. Operaatorid kasutavad tavaliselt iga ESP puurkaevu liivaeraldajaid, millel on vooder. Kui vooder aga liivaga täitub, laseb separaator liival läbi pumbaosa voolata, mis korrodeerib pumbaastet, laagreid ja võlli, mille tulemuseks on tõstejõu kadu. Pärast uue süsteemi käitamist pumbakaitsega on ESP-l 22% pikem tööiga, stabiilsem rõhulangus ja parem ESP-ga seotud tööaeg.
Liiva ja tahkete ainetega seotud seiskamiste arv töötamise ajal vähenes 75%, esimeses paigaldises oli ülekoormusjuhtum kaheksa, teises paigaldises aga edukate taaskäivituste arv pärast ülekoormusseiskamist suurenes 30%, esimeses paigaldises oli see kaheksa. Teises paigaldises viidi läbi kokku 12 sündmust, mis vähendas seadmete elektrilist koormust ja pikendas elektrifiltri tööiga.
Joonis 5 näitab sisselaskerõhu parameetri (sinine) järsku suurenemist, kui roostevabast terasest võrk on blokeeritud ja klapikomplekt avatud. See rõhu parameetri abil saab veelgi parandada tootmise efektiivsust, ennustades liivaga seotud ESP rikkeid, nii et saab planeerida asendusoperatsioone ümberehitusplatvormide abil.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Keeristoru kui puuraugu desanderiseadme eksperimentaalne analüüs“, SPE artikkel 94673-MS, esitletud SPE Ladina-Ameerika ja Kariibi mere piirkonna naftatehnika konverentsil Rio de Janeiros, Brasiilias, 20. juunist – 23. veebruarini 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
See artikkel sisaldab elemente SPE artiklist 207926-MS, mis esitleti Abu Dhabi rahvusvahelisel naftanäitusel ja -konverentsil Abu Dhabis, AÜE-s, 15.–18. novembril 2021.
Kõik materjalid on rangelt autoriõiguse seaduste kaitse all, palun lugege enne selle saidi kasutamist meie tingimusi, küpsiste kasutamise põhimõtteid ja privaatsuspoliitikat.