Komponen pelindung pompa telah terbukti melindungi pompa dari pasir dan memperpanjang masa operasional ESP di sumur non-konvensional. Solusi ini mengendalikan aliran balik pasir fraktur dan padatan lain yang dapat menyebabkan kelebihan beban dan waktu henti. Teknologi pendukungnya menghilangkan masalah yang terkait dengan ketidakpastian distribusi ukuran partikel.
Seiring semakin banyaknya sumur minyak yang bergantung pada ESP, memperpanjang umur sistem pompa submersible listrik (ESP) menjadi semakin penting. Umur operasional dan kinerja pompa pengangkat buatan sensitif terhadap padatan dalam fluida yang dihasilkan. Umur operasional dan kinerja ESP menurun secara signifikan dengan peningkatan partikel padat. Selain itu, padatan meningkatkan waktu henti sumur dan frekuensi pengerjaan ulang yang diperlukan untuk mengganti ESP.
Partikel padat yang sering mengalir melalui pompa pengangkat buatan meliputi pasir formasi, proppant fraktur hidrolik, semen, dan partikel logam yang terkikis atau terkorosi. Teknologi bawah sumur yang dirancang untuk memisahkan padatan berkisar dari siklon berefisiensi rendah hingga jaring kawat baja tahan karat 3D berefisiensi tinggi. Desander pusaran bawah sumur telah digunakan di sumur konvensional selama beberapa dekade, dan terutama digunakan untuk melindungi pompa dari partikel besar selama produksi. Namun, sumur non-konvensional rentan terhadap aliran slug yang terputus-putus, yang mengakibatkan teknologi pemisah pusaran bawah sumur yang ada hanya bekerja secara terputus-putus.
Beberapa varian berbeda dari kombinasi saringan pengendali pasir dan desander pusaran bawah sumur telah diusulkan untuk melindungi ESP. Namun, terdapat celah dalam perlindungan dan kinerja produksi semua pompa karena ketidakpastian dalam distribusi ukuran dan volume padatan yang dihasilkan oleh setiap sumur. Ketidakpastian meningkatkan panjang komponen pengendali pasir, sehingga mengurangi kedalaman di mana ESP dapat dipasang, membatasi potensi penurunan reservoir ESP, dan berdampak negatif pada ekonomi sumur. Kedalaman pemasangan yang lebih dalam lebih disukai di sumur nonkonvensional. Namun, penggunaan de-sander dan jangkar lumpur sumbat jantan untuk menggantung rakitan pengendali pasir yang panjang dan kaku di bagian casing dengan tingkat kelengkungan yang tinggi membatasi peningkatan MTBF ESP. Korosi pada tabung bagian dalam adalah aspek lain dari desain ini yang belum dievaluasi secara memadai.
Para penulis makalah tahun 2005 menyajikan hasil eksperimen pemisah pasir bawah sumur berdasarkan tabung siklon (Gambar 1), yang bergantung pada aksi siklon dan gravitasi, untuk menunjukkan bahwa efisiensi pemisahan bergantung pada viskositas minyak, laju aliran, dan ukuran partikel. Mereka menunjukkan bahwa efisiensi pemisah sangat bergantung pada kecepatan terminal partikel. Efisiensi pemisahan menurun seiring dengan penurunan laju aliran, penurunan ukuran partikel padat, dan peningkatan viskositas minyak, Gambar 2. Untuk pemisah bawah sumur tabung siklon tipikal, efisiensi pemisahan turun menjadi ~10% ketika ukuran partikel turun menjadi ~100 µm. Selain itu, seiring dengan peningkatan laju aliran, pemisah pusaran rentan terhadap keausan erosi, yang memengaruhi masa pakai komponen struktural.
Alternatif logis berikutnya adalah menggunakan saringan kontrol pasir 2D dengan lebar celah yang ditentukan. Ukuran dan distribusi partikel merupakan pertimbangan penting saat memilih saringan untuk menyaring padatan dalam produksi sumur konvensional atau non-konvensional, tetapi hal tersebut mungkin tidak diketahui. Padatan tersebut mungkin berasal dari reservoir, tetapi ukurannya dapat bervariasi dari satu lapisan ke lapisan lainnya; atau, saringan mungkin perlu menyaring pasir dari pengeboran hidrolik. Dalam kedua kasus tersebut, biaya pengumpulan, analisis, dan pengujian padatan dapat sangat mahal.
Jika saringan pipa 2D tidak dikonfigurasi dengan benar, hasilnya dapat mengganggu ekonomi sumur. Bukaan saringan pasir yang terlalu kecil dapat mengakibatkan penyumbatan dini, penghentian produksi, dan kebutuhan perbaikan. Jika terlalu besar, saringan tersebut memungkinkan padatan masuk bebas ke dalam proses produksi, yang dapat menyebabkan korosi pada pipa minyak, merusak pompa pengangkat buatan, membersihkan penyumbatan permukaan, dan mengisi pemisah permukaan, sehingga memerlukan sandblasting dan pembuangan. Situasi ini membutuhkan solusi sederhana dan hemat biaya yang dapat memperpanjang umur pompa dan mencakup berbagai ukuran pasir.
Untuk memenuhi kebutuhan ini, sebuah studi dilakukan mengenai penggunaan rakitan katup yang dikombinasikan dengan jaring kawat baja tahan karat, yang tidak sensitif terhadap distribusi padatan yang dihasilkan. Studi menunjukkan bahwa jaring kawat baja tahan karat dengan ukuran pori yang bervariasi dan struktur 3D dapat secara efektif mengendalikan padatan dengan berbagai ukuran tanpa mengetahui distribusi ukuran partikel dari padatan yang dihasilkan. Jaring kawat baja tahan karat 3D dapat secara efektif mengendalikan butiran pasir dari semua ukuran, tanpa memerlukan penyaringan sekunder tambahan.
Rakitan katup yang dipasang di bagian bawah saringan memungkinkan produksi berlanjut hingga ESP ditarik keluar. Ini mencegah ESP ditarik kembali segera setelah saringan tersumbat. Saringan pengontrol pasir masuk dan rakitan katup yang dihasilkan melindungi ESP, pompa pengangkat batang, dan penyelesaian pengangkatan gas dari padatan selama produksi dengan membersihkan aliran fluida dan memberikan solusi hemat biaya untuk memperpanjang umur pompa tanpa harus menyesuaikan karakteristik reservoir untuk situasi yang berbeda.
Desain perlindungan pompa generasi pertama. Rakitan perlindungan pompa yang menggunakan saringan wol baja tahan karat dipasang di sumur drainase gravitasi berbantuan uap di Kanada Barat untuk melindungi ESP dari padatan selama produksi. Saringan menyaring padatan berbahaya dari fluida produksi saat memasuki rangkaian produksi. Di dalam rangkaian produksi, fluida mengalir ke saluran masuk ESP, di mana fluida tersebut dipompa ke permukaan. Packer dapat dipasang di antara saringan dan ESP untuk memberikan isolasi zona antara zona produksi dan bagian atas lubang sumur.
Seiring berjalannya waktu produksi, ruang annular antara saringan dan selubung cenderung tersumbat oleh pasir, yang meningkatkan hambatan aliran. Akhirnya, ruang annular tersumbat sepenuhnya, menghentikan aliran, dan menciptakan perbedaan tekanan antara lubang sumur dan rangkaian produksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pada titik ini, fluida tidak dapat lagi mengalir ke ESP dan rangkaian penyelesaian harus ditarik. Tergantung pada sejumlah variabel yang terkait dengan produksi padatan, durasi yang dibutuhkan untuk menghentikan aliran melalui penyumbatan padatan pada saringan mungkin lebih singkat daripada durasi yang memungkinkan ESP untuk memompa fluida yang mengandung padatan ke tanah, sehingga komponen generasi kedua dikembangkan.
Rakitan perlindungan pompa generasi kedua. Sistem rakitan saringan dan katup pengontrol pasir saluran masuk PumpGuard* digantung di bawah pompa REDA* pada Gambar 4, contoh penyelesaian ESP yang tidak konvensional. Setelah sumur berproduksi, saringan menyaring padatan dalam produksi, tetapi akan mulai perlahan-lahan tersumbat oleh pasir dan menciptakan perbedaan tekanan. Ketika perbedaan tekanan ini mencapai tekanan pembukaan katup yang telah ditetapkan, katup terbuka, memungkinkan fluida mengalir langsung ke rangkaian pipa ke ESP. Aliran ini menyeimbangkan perbedaan tekanan di seluruh saringan, melonggarkan cengkeraman kantung pasir di bagian luar saringan. Pasir bebas keluar dari annulus, yang mengurangi hambatan aliran melalui saringan dan memungkinkan aliran berlanjut. Saat perbedaan tekanan turun, katup kembali ke posisi tertutup dan kondisi aliran normal berlanjut. Ulangi siklus ini sampai perlu untuk menarik ESP keluar dari lubang untuk perawatan. Studi kasus yang disorot dalam artikel ini menunjukkan bahwa sistem ini mampu memperpanjang umur pompa secara signifikan dibandingkan dengan menjalankan penyelesaian penyaringan saja.
Untuk instalasi terbaru, solusi yang berorientasi pada biaya diperkenalkan untuk isolasi area antara jaring kawat baja tahan karat dan ESP. Sebuah packer berbentuk cangkir yang menghadap ke bawah dipasang di atas bagian saringan. Di atas packer berbentuk cangkir tersebut, perforasi tabung tengah tambahan menyediakan jalur aliran bagi fluida hasil produksi untuk bermigrasi dari bagian dalam saringan ke ruang annular di atas packer, di mana fluida dapat masuk ke saluran masuk ESP.
Filter kawat jaring baja tahan karat yang dipilih untuk solusi ini menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan jenis jaring 2D berbasis celah. Filter 2D terutama bergantung pada partikel yang melintasi celah atau slot filter untuk membangun kantung pasir dan memberikan kontrol pasir. Namun, karena hanya satu nilai celah yang dapat dipilih untuk saringan, saringan menjadi sangat sensitif terhadap distribusi ukuran partikel dari fluida yang dihasilkan.
Sebaliknya, lapisan jaring tebal dari filter kawat baja tahan karat memberikan porositas tinggi (92%) dan area aliran terbuka yang besar (40%) untuk fluida sumur yang dihasilkan. Filter ini dibuat dengan menekan jaring wol baja tahan karat dan membungkusnya langsung di sekitar tabung tengah berlubang, kemudian membungkusnya dalam penutup pelindung berlubang yang dilas ke tabung tengah di setiap ujungnya. Distribusi pori-pori di lapisan jaring, orientasi sudut yang tidak seragam (berkisar dari 15 µm hingga 600 µm) memungkinkan partikel halus yang tidak berbahaya mengalir sepanjang jalur aliran 3D menuju tabung tengah setelah partikel yang lebih besar dan berbahaya terperangkap di dalam jaring. Pengujian retensi pasir pada spesimen saringan ini menunjukkan bahwa filter mempertahankan permeabilitas tinggi karena fluida dihasilkan melalui saringan. Secara efektif, filter "ukuran" tunggal ini dapat menangani semua distribusi ukuran partikel fluida yang dihasilkan. Saringan wol baja tahan karat ini dikembangkan oleh operator utama pada tahun 1980-an khusus untuk penyelesaian saringan mandiri di reservoir yang distimulasi uap dan memiliki cakupan yang luas. rekam jejak instalasi yang sukses.
Rakitan katup terdiri dari katup pegas yang memungkinkan aliran satu arah ke dalam rangkaian pipa dari area produksi. Dengan menyesuaikan beban awal pegas koil sebelum pemasangan, katup dapat disesuaikan untuk mencapai tekanan retak yang diinginkan untuk aplikasi tersebut. Biasanya, katup dipasang di bawah jaring kawat baja tahan karat untuk menyediakan jalur aliran sekunder antara reservoir dan ESP. Dalam beberapa kasus, beberapa katup dan jaring baja tahan karat beroperasi secara seri, dengan katup tengah memiliki tekanan retak yang lebih rendah daripada katup paling bawah.
Seiring waktu, partikel formasi mengisi area annular antara permukaan luar saringan pelindung pompa dan dinding casing produksi. Saat rongga terisi pasir dan partikel memadat, penurunan tekanan di seluruh kantung pasir meningkat. Ketika penurunan tekanan ini mencapai nilai yang telah ditentukan, katup kerucut terbuka dan memungkinkan aliran langsung melalui saluran masuk pompa. Pada tahap ini, aliran melalui pipa mampu memecah pasir yang sebelumnya memadat di sepanjang bagian luar filter saringan. Karena perbedaan tekanan yang berkurang, aliran akan kembali melalui saringan dan katup masuk akan tertutup. Oleh karena itu, pompa hanya dapat melihat aliran langsung dari katup untuk waktu yang singkat. Ini memperpanjang umur pompa, karena sebagian besar aliran adalah fluida yang disaring melalui saringan pasir.
Sistem perlindungan pompa dioperasikan dengan packer di tiga sumur berbeda di Cekungan Delaware di Amerika Serikat. Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi jumlah start dan stop ESP akibat kelebihan beban terkait pasir dan untuk meningkatkan ketersediaan ESP guna meningkatkan produksi. Sistem perlindungan pompa digantung dari ujung bawah rangkaian ESP. Hasil dari sumur minyak menunjukkan kinerja pompa yang stabil, pengurangan getaran dan intensitas arus, serta teknologi perlindungan pompa. Setelah memasang sistem baru, waktu henti terkait pasir dan padatan berkurang sebesar 75% dan masa pakai pompa meningkat lebih dari 22%.
Sebuah sumur. Sistem ESP dipasang di sumur pengeboran dan fraktur baru di Martin County, Texas. Bagian vertikal sumur tersebut kira-kira 9.000 kaki dan bagian horizontalnya mencapai 12.000 kaki, kedalaman terukur (MD). Untuk dua penyelesaian pertama, sistem pemisah pasir pusaran bawah sumur dengan enam sambungan liner dipasang sebagai bagian integral dari penyelesaian ESP. Untuk dua instalasi berturut-turut menggunakan jenis pemisah pasir yang sama, perilaku tidak stabil dari parameter operasi ESP (intensitas arus dan getaran) diamati. Analisis pembongkaran unit ESP yang ditarik mengungkapkan bahwa rakitan pemisah gas pusaran tersumbat oleh benda asing, yang ditentukan sebagai pasir karena tidak bersifat magnetik dan tidak bereaksi secara kimia dengan asam.
Pada instalasi ESP ketiga, jaring kawat baja tahan karat menggantikan pemisah pasir sebagai sarana pengendalian pasir ESP. Setelah memasang sistem perlindungan pompa yang baru, ESP menunjukkan perilaku yang lebih stabil, mengurangi rentang fluktuasi arus motor dari ~19 A untuk instalasi #2 menjadi ~6,3 A untuk instalasi #3. Getaran lebih stabil dan trennya berkurang hingga 75%. Penurunan tekanan juga stabil, berfluktuasi sangat sedikit dibandingkan dengan instalasi sebelumnya dan memperoleh penurunan tekanan tambahan sebesar 100 psi. Pemutusan daya akibat kelebihan beban ESP berkurang hingga 100% dan ESP beroperasi dengan getaran rendah.
Sumur B. Di sebuah sumur dekat Eunice, New Mexico, sumur nonkonvensional lainnya memiliki ESP yang terpasang tetapi tanpa perlindungan pompa. Setelah penurunan boot awal, ESP mulai menunjukkan perilaku yang tidak menentu. Fluktuasi arus dan tekanan dikaitkan dengan lonjakan getaran. Setelah mempertahankan kondisi ini selama 137 hari, ESP gagal dan penggantinya dipasang. Instalasi kedua mencakup sistem perlindungan pompa baru dengan konfigurasi ESP yang sama. Setelah sumur kembali berproduksi, ESP beroperasi normal, dengan arus yang stabil dan getaran yang lebih sedikit. Pada saat publikasi, pengoperasian ESP kedua telah mencapai lebih dari 300 hari, peningkatan yang signifikan dibandingkan instalasi sebelumnya.
Sumur C. Instalasi di lokasi ketiga sistem ini dilakukan di Mentone, Texas, oleh sebuah perusahaan spesialis minyak dan gas yang mengalami pemadaman dan kegagalan ESP karena produksi pasir dan ingin meningkatkan waktu kerja pompa. Operator biasanya menjalankan pemisah pasir bawah tanah dengan liner di setiap sumur ESP. Namun, begitu liner terisi pasir, pemisah akan memungkinkan pasir mengalir melalui bagian pompa, menyebabkan korosi pada tahap pompa, bantalan, dan poros, yang mengakibatkan hilangnya daya angkat. Setelah menjalankan sistem baru dengan pelindung pompa, ESP memiliki masa pakai operasi 22% lebih lama dengan penurunan tekanan yang lebih stabil dan waktu kerja terkait ESP yang lebih baik.
Jumlah penghentian operasional terkait pasir dan padatan menurun sebesar 75%, dari 8 kejadian kelebihan beban pada instalasi pertama menjadi dua pada instalasi kedua, dan jumlah pengaktifan kembali yang berhasil setelah penghentian akibat kelebihan beban meningkat sebesar 30%, dari 8 pada instalasi pertama. Sebanyak 12 kejadian, dari total 8 kejadian, dilakukan pada instalasi sekunder, mengurangi tekanan listrik pada peralatan dan meningkatkan umur operasional ESP.
Gambar 5 menunjukkan peningkatan mendadak pada pola tekanan masuk (biru) ketika jaring baja tahan karat tersumbat dan rakitan katup dibuka. Pola tekanan ini dapat lebih meningkatkan efisiensi produksi dengan memprediksi kegagalan ESP yang terkait dengan pasir, sehingga operasi penggantian dengan rig kerja ulang dapat direncanakan.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Analisis eksperimental tabung pusaran sebagai perangkat desander bawah sumur,” Makalah SPE 94673-MS, dipresentasikan pada Konferensi Teknik Perminyakan SPE Amerika Latin dan Karibia, Rio de Janeiro, Brasil, 20 Juni – 23 Februari 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Artikel ini berisi elemen-elemen dari makalah SPE 207926-MS, yang dipresentasikan pada Pameran dan Konferensi Perminyakan Internasional Abu Dhabi di Abu Dhabi, UEA, 15-18 November 2021.
Semua materi tunduk pada hukum hak cipta yang ditegakkan secara ketat, harap baca Syarat dan Ketentuan, Kebijakan Cookie, dan Kebijakan Privasi kami sebelum menggunakan situs ini.