A szivattyúvédő alkatrészek bizonyítottan védik a szivattyúkat a homoktól, és meghosszabbítják az ESP-k üzemidejét a nem hagyományos kutakban. Ez a megoldás szabályozza a repesztőhomok és más szilárd anyagok visszaáramlását, amelyek túlterhelést és állásidőt okozhatnak. Az engedélyező technológia kiküszöböli a részecskeméret-eloszlás bizonytalanságával kapcsolatos problémákat.
Mivel egyre több olajkút támaszkodik ESP-kre, az elektromos merülő szivattyúrendszerek (ESP) élettartamának meghosszabbítása egyre fontosabbá válik. A mesterséges emelőszivattyúk üzemideje és teljesítménye érzékeny a kitermelt folyadékokban található szilárd anyagokra. Az ESP üzemideje és teljesítménye jelentősen csökkent a szilárd részecskék mennyiségének növekedésével. Ezenkívül a szilárd anyagok növelik a kút állásidejét és az ESP cseréjéhez szükséges átszerelések gyakoriságát.
A mesterséges emelőszivattyúkon gyakran átáramló szilárd részecskék közé tartozik a formációs homok, a hidraulikus repesztési támasztóanyagok, a cement, valamint az erodált vagy korrodált fémrészecskék. A szilárd anyagok elválasztására tervezett fúrólyuk-technológiák az alacsony hatékonyságú ciklonoktól a nagy hatékonyságú 3D rozsdamentes acél dróthálóig terjednek. A fúrólyuk-örvényleválasztókat évtizedek óta használják a hagyományos kutakban, és elsősorban a szivattyúk nagy részecskéktől való védelmére a termelés során. A nem hagyományos kutak azonban időszakos áramlásnak vannak kitéve, ami azt eredményezi, hogy a meglévő fúrólyuk-örvényleválasztó technológia csak szakaszosan működik.
Az ESP-k védelmére számos különböző kombinált homokszabályozó szűrő és fúrólyuk-örvényleszedő változatát javasolták. Azonban hiányosságok vannak az összes szivattyú védelmi és termelési teljesítményében az egyes kutak által termelt szilárd anyagok méreteloszlásának és térfogatának bizonytalansága miatt. A bizonytalanság növeli a homokszabályozó alkatrészek hosszát, ezáltal csökkenti az ESP beállítási mélységét, korlátozza az ESP tartálycsökkenési potenciálját, és negatívan befolyásolja a kút gazdaságosságát. A nagyobb beállítási mélységek előnyösek a nem hagyományos kutakban. A homokszabályozók és a külső dugós iszaphorgonyok használata azonban a hosszú, merev homokszabályozó szerelvények felfüggesztésére a nagy dogleg-erejű burkolati szakaszokban korlátozta az ESP MTBF-jének javulását. A belső cső korróziója a konstrukció egy másik olyan aspektusa, amelyet nem értékeltek megfelelően.
Egy 2005-ös tanulmány szerzői egy cikloncsövön alapuló, fúrólyuk-homokleválasztó (1. ábra) kísérleti eredményeit mutatták be, amely a ciklon hatásától és a gravitációtól függött, annak bizonyítására, hogy az elválasztás hatékonysága az olaj viszkozitásától, az áramlási sebességtől és a részecskemérettől függ. Azt mutatják, hogy az elválasztó hatékonysága nagymértékben függ a részecskék végsebességétől. Az elválasztás hatékonysága csökken az áramlási sebesség csökkenésével, a szilárd részecskeméret csökkenésével és az olaj viszkozitásának növekedésével (2. ábra). Egy tipikus cikloncsöves fúrólyuk-leválasztó esetében az elválasztás hatékonysága ~10%-ra csökken, ahogy a részecskeméret ~100 µm-re csökken. Ezenkívül az áramlási sebesség növekedésével az örvényleválasztó eróziós kopásnak van kitéve, ami befolyásolja a szerkezeti alkatrészek élettartamát.
A következő logikus alternatíva egy meghatározott résszélességű 2D-s homokszabályozó szűrő használata. A részecskeméret és -eloszlás fontos szempont a szilárd anyagok szűrésére szolgáló szűrők kiválasztásakor a hagyományos vagy nem hagyományos kúttermelés során, de ezek ismeretlenek lehetnek. A szilárd anyagok származhatnak a rezervoárból, de sarokról sarokra változhatnak; alternatív megoldásként a szűrőnek hidraulikus repesztésből származó homokot is szűrnie kell. Mindkét esetben a szilárd anyagok gyűjtésének, elemzésének és vizsgálatának költségei megfizethetetlenek lehetnek.
Ha a 2D-s csőszűrő nincs megfelelően konfigurálva, az ronthatja a kút gazdaságosságát. A túl kicsi homokszűrő nyílások idő előtti eltömődést, leállásokat és javítómunkák szükségességét okozhatják. Ha túl nagyok, akkor szilárd anyagok szabadon bejuthatnak a termelési folyamatba, ami korrodálhatja az olajvezetékeket, károsíthatja a mesterséges átemelő szivattyúkat, kiöblítheti a felszíni fojtószelepeket és eltöltheti a felszíni elválasztókat, ami homokfúvást és ártalmatlanítást igényel. Ez a helyzet egyszerű, költséghatékony megoldást igényel, amely meghosszabbítja a szivattyú élettartamát, és a homokszemcsék széles skáláját lefedi.
Ennek az igénynek a kielégítésére tanulmányt végeztek a szelepszerelvények rozsdamentes acél dróthálóval kombinált használatáról, amely érzéketlen a keletkező szilárd anyagok eloszlására. Tanulmányok kimutatták, hogy a változó pórusméretű és 3D szerkezetű rozsdamentes acél drótháló hatékonyan képes szabályozni a különböző méretű szilárd anyagokat anélkül, hogy ismerné a keletkező szilárd anyagok szemcseméret-eloszlását. A 3D rozsdamentes acél drótháló hatékonyan képes szabályozni minden méretű homokszemcsét, további másodlagos szűrés nélkül.
A szűrő aljára szerelt szelepszerelvény lehetővé teszi a termelés folytatását, amíg az ESP-t ki nem húzzák. Megakadályozza, hogy az ESP-t közvetlenül a szűrő áthidalása után kivegyék. Az így létrejövő bemeneti homokszabályozó szűrő és szelepszerelvény a folyadékáramlás tisztításával védi az ESP-ket, a rudas emelőszivattyúkat és a gázemelő kompletteket a szilárd anyagoktól a gyártás során, és költséghatékony megoldást kínál a szivattyú élettartamának meghosszabbítására anélkül, hogy a tartály jellemzőit különböző helyzetekhez kellene igazítani.
Első generációs szivattyúvédelmi kialakítás. Rozsdamentes acélgyapot szűrőket használó szivattyúvédelmi szerelvényt telepítettek egy gőzrásegítéses gravitációs vízelvezető kútba Nyugat-Kanadában, hogy megvédjék az ESP-t a szilárd anyagoktól a termelés során. A szűrők kiszűrik a káros szilárd anyagokat a termelési folyadékból, amint az belép a termelési láncba. A termelési láncon belül a folyadékok az ESP bemenetéhez áramlanak, ahonnan a felszínre szivattyúzzák őket. A szűrő és az ESP között tömítőanyagokat lehet futtatni, hogy zónás izolációt biztosítsanak a termelési zóna és a felső kútfurat között.
A gyártási idő múlásával a szűrő és a burkolat közötti gyűrű alakú tér hajlamos áthidalni a homokot, ami növeli az áramlási ellenállást. Végül a gyűrű alakú tér teljesen áthidalja az áramlást, megállítja az áramlást, és nyomáskülönbséget hoz létre a kút és a termelővezeték között, ahogy az a 3. ábrán látható. Ezen a ponton a folyadék már nem tud az ESP-hez áramlani, és a befejező vezetéket ki kell húzni. A szilárdanyag-termeléssel kapcsolatos számos változótól függően a szűrőn lévő szilárdanyag-hídon keresztüli áramlás leállításához szükséges időtartam rövidebb lehet, mint az az időtartam, amely lehetővé tenné az ESP számára, hogy a szilárdanyaggal teli folyadékot a meghibásodások közötti átlagos időben a talajba szivattyúzza, ezért fejlesztették ki az alkatrészek második generációját.
A második generációs szivattyúvédő szerelvény. A PumpGuard* bemeneti homokszabályozó szűrő és szelep szerelvényrendszer a 4. ábrán a REDA* szivattyú alatt van felfüggesztve, ami egy nem hagyományos ESP-kiegészítés példája. Miután a kút termel, a szűrő kiszűri a termelésben lévő szilárd anyagokat, de lassan elkezd áthidalni a homokot, és nyomáskülönbséget hoz létre. Amikor ez a nyomáskülönbség eléri a szelep beállított repedési nyomását, a szelep kinyílik, lehetővé téve a folyadék közvetlen áramlását a csővezetékbe az ESP-hez. Ez az áramlás kiegyenlíti a nyomáskülönbséget a szűrőn keresztül, lazítva a homokzsákok szorítását a szűrő külső részén. A homok szabadon kitörhet a gyűrűből, ami csökkenti az áramlási ellenállást a szűrőn keresztül, és lehetővé teszi az áramlás helyreállítását. Ahogy a nyomáskülönbség csökken, a szelep visszatér zárt helyzetébe, és a normál áramlási körülmények helyreállnak. Ismételje meg ezt a ciklust, amíg az ESP-t ki kell húzni a furatból szervizelés céljából. Az ebben a cikkben kiemelt esettanulmányok azt mutatják, hogy a rendszer képes jelentősen meghosszabbítani a szivattyú élettartamát a szűrővizsgálat önmagában történő elvégzéséhez képest.
A legutóbbi telepítéshez egy költséghatékony megoldást vezettek be a rozsdamentes acél drótháló és az ESP közötti terület elkülönítésére. A szűrőszakasz fölé egy lefelé néző csésze alakú tömítőelem van felszerelve. A csésze alakú tömítőelem felett további középső csőperforációk biztosítanak áramlási utat a termelt folyadék számára, hogy a szűrő belsejéből a tömítőelem feletti gyűrű alakú térbe vándoroljon, ahol a folyadék beléphet az ESP bemenetébe.
Az ehhez a megoldáshoz választott rozsdamentes acél dróthálós szűrő számos előnnyel rendelkezik a résalapú 2D-s hálótípusokkal szemben. A 2D-s szűrők elsősorban a szűrőréseket vagy -nyílásokat átszelő részecskékre támaszkodnak a homokzsákok kialakításához és a homokszabályozás biztosításához. Mivel azonban a szűrőhöz csak egyetlen résérték választható ki, a szűrő rendkívül érzékennyé válik a keletkezett folyadék részecskeméret-eloszlására.
Ezzel szemben a rozsdamentes acél dróthálós szűrők vastag hálója nagy porozitást (92%) és nagy nyitott áramlási területet (40%) biztosít a kitermelt kútfolyadék számára. A szűrőt úgy állítják elő, hogy egy rozsdamentes acél gyapjúhálót összenyomnak, és közvetlenül egy perforált középső cső köré tekerik, majd egy perforált védőburkolatba zárják, amelyet mindkét végén a középső csőhöz hegesztenek. A pórusok eloszlása ​​a hálóágyban, az egyenetlen szögelrendezés (15 µm-től 600 µm-ig terjedő tartomány) lehetővé teszi, hogy az ártalmatlan finomszemcsék egy 3D áramlási útvonalon áramoljanak a központi cső felé, miután a nagyobb és káros részecskék csapdába esnek a hálóban. A szita mintáin végzett homokvisszatartási vizsgálatok azt mutatták, hogy a szűrő magas áteresztőképességet tart fenn, mivel folyadék keletkezik a szitán keresztül. Lényegében ez az egyetlen „méretű” szűrő képes kezelni a kitermelt folyadékok összes részecskeméret-eloszlását. Ezt a rozsdamentes acélgyapot szűrőt egy nagyvállalat fejlesztette ki az 1980-as években kifejezetten gőzstimulált tározók önálló szűrőberendezéseihez, és széleskörű sikeres telepítési múlttal rendelkezik.
A szelepszerelvény egy rugós szelepből áll, amely lehetővé teszi az egyirányú áramlást a csővezetékbe a gyártási területről. A tekercsrugó előfeszítésének a beszerelés előtti beállításával a szelep testreszabható az alkalmazáshoz kívánt repedési nyomás eléréséhez. Általában egy szelepet futtatnak a rozsdamentes acél drótháló alatt, hogy másodlagos áramlási utat biztosítsanak a tartály és az ESP között. Bizonyos esetekben több szelep és rozsdamentes acél háló sorba van kötve, a középső szelepnek alacsonyabb a repedési nyomása, mint az alsó szelepnek.
Idővel a képződő részecskék kitöltik a szivattyúvédő szerelvény szűrőjének külső felülete és a gyártóház fala közötti gyűrű alakú területet. Ahogy az üreg megtelik homokkal és a részecskék összeállnak, a homokzsákon keresztüli nyomásesés növekszik. Amikor ez a nyomásesés eléri az előre beállított értéket, a kúpos szelep kinyílik, és lehetővé teszi az áramlást közvetlenül a szivattyú bemenetén keresztül. Ebben a szakaszban a csövön keresztüli áramlás képes feltörni a korábban összetömörödött homokot a szűrő külső oldalán. A csökkent nyomáskülönbség miatt az áramlás a szűrőn keresztül folytatódik, és a szívószelep bezárul. Ezért a szivattyú csak rövid ideig látja közvetlenül a szelepből érkező áramlást. Ez meghosszabbítja a szivattyú élettartamát, mivel az áramlás nagy részét a homokszűrőn átszűrt folyadék teszi ki.
A szivattyúvédelmi rendszert három különböző kútban, az Egyesült Államok Delaware-medencéjében működtették csomagolókkal. A fő cél az ESP homok okozta túlterhelés miatti indításának és leállításának számának csökkentése, valamint az ESP rendelkezésre állásának növelése a termelés javítása érdekében. A szivattyúvédelmi rendszer az ESP-vezeték alsó végéről függ. Az olajkút eredményei stabil szivattyúteljesítményt, csökkent rezgést és áramerősséget, valamint szivattyúvédelmi technológiát mutatnak. Az új rendszer telepítése után a homokkal és szilárd anyagokkal kapcsolatos állásidő 75%-kal csökkent, a szivattyú élettartama pedig több mint 22%-kal nőtt.
Egy kút. Egy ESP rendszert telepítettek egy új fúró- és repesztőkútba a texasi Martin megyében. A kút függőleges része körülbelül 9000 láb, a vízszintes része pedig 12 000 lábig terjed, mért mélységben (MD). Az első két befejezéskor egy hat béléscsatlakozással rendelkező, fúrólyukból származó örvényes homokleválasztó rendszert telepítettek az ESP befejezésének szerves részeként. Két egymást követő, azonos típusú homokleválasztót használó telepítésnél az ESP működési paramétereinek (áramerősség és rezgés) instabil viselkedését figyelték meg. A kihúzott ESP egység szétszerelési elemzése kimutatta, hogy az örvényes gázleválasztó szerelvény idegen anyaggal volt eltömődve, amelyet homoknak találtak, mivel nem mágneses és nem reagál kémiailag savval.
A harmadik ESP telepítésnél rozsdamentes acél drótháló váltotta fel a homokleválasztót az ESP homokszabályozásának eszközeként. Az új szivattyúvédelmi rendszer telepítése után az ESP stabilabb viselkedést mutatott, a motoráram ingadozásának tartománya ~19 A-ról (2. telepítés) ~6,3 A-ra (3. telepítés) csökkent. A rezgés stabilabb lett, és a tendencia 75%-kal csökkent. A nyomásesés is stabil volt, nagyon kis mértékben ingadozott az előző telepítéshez képest, és további 100 psi nyomásesést ért el. Az ESP túlterhelés miatti leállások 100%-kal csökkentek, és az ESP alacsony rezgéssel működik.
B kút. Az Eunice, Új-Mexikó közelében található egy másik, nem hagyományos kútban ESP volt telepítve, de szivattyúvédelem nem. A kezdeti leesés után az ESP szabálytalanul viselkedni kezdett. Az áramerősség és a nyomás ingadozása rezgéscsúcsokkal jár. Miután ezeket a feltételeket 137 napig fenntartották, az ESP meghibásodott, és egy újat telepítettek. A második telepítés egy új szivattyúvédelmi rendszert tartalmaz, ugyanazzal az ESP konfigurációval. Miután a kút újraindította a termelést, az ESP normálisan működött, stabil áramerősséggel és kevesebb rezgéssel. A publikáció idején az ESP második futtatása elérte a több mint 300 napos üzemidőt, ami jelentős javulás az előző telepítéshez képest.
C kút. A rendszer harmadik helyszíni telepítését Mentone-ban, Texasban végezte egy olaj- és gázipari szakcég, amely a homoktermelés miatt leállásokat és ESP-meghibásodásokat tapasztalt, és javítani szerette volna a szivattyú üzemidejét. Az üzemeltetők jellemzően fúrólyukon lévő homokleválasztókat üzemeltetnek, amelyek minden ESP-kútban béléssel vannak ellátva. Amint azonban a bélés megtelik homokkal, a szeparátor lehetővé teszi, hogy a homok átfolyjon a szivattyúszakaszon, korrodálva a szivattyúfokozatot, a csapágyakat és a tengelyt, ami emelőerő-veszteséget eredményez. Az új rendszer szivattyúvédővel történő működtetése után az ESP 22%-kal hosszabb üzemidővel rendelkezik, stabilabb nyomáseséssel és jobb ESP-vel kapcsolatos üzemidővel.
Az üzem közbeni homokkal és szilárd anyagokkal kapcsolatos leállások száma 75%-kal csökkent, az első telepítésben előfordult 8 túlterhelési eseményről a második telepítésben kettőre, a túlterheléses leállítás utáni sikeres újraindítások száma pedig 30%-kal nőtt, az első telepítésben előfordult 8-ról. A másodlagos telepítésben összesen 12, azaz összesen 8 eseményt hajtottak végre, ami csökkentette a berendezés elektromos terhelését és növelte az ESP üzemi élettartamát.
Az 5. ábra a szívónyomás-jellemző (kék) hirtelen növekedését mutatja, amikor a rozsdamentes acél háló eltömődik és a szelepszerelvényt kinyitják. Ez a nyomásjellemző tovább javíthatja a termelési hatékonyságot azáltal, hogy előrejelzi a homok okozta ESP-meghibásodásokat, így a javítóberendezésekkel történő csereműveletek megtervezhetők.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Örvénycső kísérleti elemzése fúrólyuk-leválasztó eszközként”, SPE 94673-MS számú tanulmány, bemutatva az SPE Latin-Amerikai és Karibi Kőolajmérnöki Konferenciáján, Rio de Janeiróban, Brazíliában, 2005. június 20. – február 23. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ez a cikk az SPE 207926-MS számú tanulmányának elemeit tartalmazza, amelyet az Abu Dhabi Nemzetközi Kőolajkiállításon és Konferencián mutattak be Abu Dhabiban, az Egyesült Arab Emírségekben, 2021. november 15-18. között.
Minden anyag szigorúan érvényes szerzői jogi törvények hatálya alá tartozik, kérjük, olvassa el Felhasználási feltételeinket, Sütikre vonatkozó irányelveinket és Adatvédelmi irányelveinket a webhely használata előtt.