Komponen perlindungan pompa telah terbukti melindungi pompa dari pasir dan memperpanjang umur operasional ESP di sumur non-konvensional. Solusi ini mengendalikan aliran balik pasir rekah dan padatan lainnya yang dapat menyebabkan kelebihan beban dan waktu henti. Teknologi yang memungkinkan ini menghilangkan masalah yang terkait dengan ketidakpastian distribusi ukuran partikel.
Karena semakin banyak sumur minyak yang bergantung pada ESP, memperpanjang umur sistem pemompaan submersible elektrik (ESP) menjadi semakin penting. Umur operasi dan kinerja pompa angkat buatan sensitif terhadap padatan dalam cairan yang diproduksi. Umur operasi dan kinerja ESP menurun secara signifikan dengan peningkatan partikel padat. Selain itu, padatan meningkatkan waktu henti sumur dan frekuensi kerja ulang yang diperlukan untuk mengganti ESP.
Partikel padat yang sering mengalir melalui pompa angkat buatan meliputi pasir formasi, propant rekahan hidrolik, semen, dan partikel logam yang terkikis atau terkorosi. Teknologi bawah tanah yang dirancang untuk memisahkan padatan berkisar dari siklon efisiensi rendah hingga kawat kasa baja tahan karat 3D efisiensi tinggi. Desander vortex bawah tanah telah digunakan dalam sumur konvensional selama beberapa dekade, dan terutama digunakan untuk melindungi pompa dari partikel besar selama produksi. Namun, sumur nonkonvensional mengalami aliran siput yang terputus-putus, yang menyebabkan teknologi pemisah vortex bawah tanah yang ada hanya bekerja terputus-putus.
Beberapa varian berbeda dari gabungan saringan pengendali pasir dan desander vortex bawah tanah telah diusulkan untuk melindungi ESP. Namun, terdapat kesenjangan dalam perlindungan dan kinerja produksi semua pompa akibat ketidakpastian dalam distribusi ukuran dan volume padatan yang diproduksi oleh setiap sumur. Ketidakpastian meningkatkan panjang komponen pengendali pasir, dengan demikian mengurangi kedalaman di mana ESP dapat dipasang, membatasi potensi penurunan reservoir ESP, dan berdampak negatif pada keekonomian sumur. Kedalaman pemasangan yang lebih dalam lebih disukai pada sumur non-konvensional. Namun, penggunaan de-sander dan jangkar lumpur male-plug untuk menangguhkan rakitan pengendali pasir yang panjang dan kaku di bagian casing dengan tingkat keparahan dogleg yang tinggi membatasi peningkatan MTBF ESP. Korosi pada tabung bagian dalam adalah aspek lain dari desain ini yang belum dievaluasi secara memadai.
Penulis makalah tahun 2005 menyajikan hasil eksperimen pemisah pasir bawah tanah yang berbasis pada 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 sebagian besar bergantung pada kecepatan terminal partikel. Efisiensi pemisahan menurun dengan penurunan laju aliran, penurunan ukuran partikel padat, dan peningkatan viskositas minyak, Gambar 2. Untuk pemisah bawah tanah tabung siklon yang umum, efisiensi pemisahan turun hingga ~10% saat ukuran partikel turun hingga ~100 µm. Selain itu, saat laju aliran meningkat, pemisah vortex mengalami keausan erosi, yang memengaruhi masa pakai komponen struktural.
Alternatif logis berikutnya adalah menggunakan saringan pengendali pasir 2D dengan lebar slot 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 dapat bervariasi dari tumit ke tumit; sebagai alternatif, saringan tersebut mungkin perlu menyaring pasir dari rekahan hidrolik. Dalam kedua kasus tersebut, biaya pengumpulan, analisis, dan pengujian padatan dapat menjadi mahal.
Jika saringan pipa 2D tidak dikonfigurasi dengan benar, hasilnya dapat membahayakan keekonomian sumur. Bukaan saringan pasir yang terlalu kecil dapat mengakibatkan penyumbatan dini, penghentian dan perlunya perbaikan. Jika terlalu besar, padatan dapat masuk dengan bebas ke dalam proses produksi, yang dapat merusak pipa minyak, merusak pompa angkat buatan, membilas sumbat permukaan dan mengisi pemisah permukaan, sehingga memerlukan pembersihan pasir dan pembuangan. Situasi ini memerlukan solusi sederhana dan hemat biaya yang dapat memperpanjang umur pompa dan mencakup distribusi ukuran pasir yang luas.
Untuk memenuhi kebutuhan ini, dilakukan penelitian terhadap penggunaan rakitan katup yang dikombinasikan dengan kasa kawat baja tahan karat, yang tidak sensitif terhadap distribusi padatan yang dihasilkan. Penelitian telah menunjukkan bahwa kasa kawat baja tahan karat dengan ukuran pori variabel dan struktur 3D dapat secara efektif mengendalikan padatan dengan berbagai ukuran tanpa mengetahui distribusi ukuran partikel padatan yang dihasilkan. Kasa 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 terus berlanjut hingga ESP ditarik keluar. Rakitan katup ini mencegah ESP diambil kembali segera setelah saringan dijembatani. Rakitan katup dan saringan kontrol pasir masuk yang dihasilkan melindungi ESP, pompa pengangkat batang, dan pelengkap pengangkat gas dari padatan selama produksi dengan membersihkan aliran fluida dan menyediakan 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, tempat fluida tersebut dipompa ke permukaan. Pengemas dapat dijalankan di antara saringan dan ESP untuk menyediakan isolasi zonal antara zona produksi dan lubang sumur bagian atas.
Selama waktu produksi, ruang annulus antara saringan dan casing cenderung dijembatani pasir, yang meningkatkan hambatan aliran. Akhirnya, annulus dijembatani 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. Bergantung pada sejumlah variabel yang terkait dengan produksi padatan, durasi yang diperlukan untuk menghentikan aliran melalui jembatan padatan pada saringan mungkin kurang dari durasi yang memungkinkan ESP memompa fluida bermuatan padatan rata-rata waktu antara kegagalan ke tanah, sehingga komponen generasi kedua dikembangkan.
Rakitan pelindung pompa generasi kedua. Sistem rakitan katup dan layar kontrol pasir masuk PumpGuard* digantung di bawah pompa REDA* pada Gambar 4, contoh penyelesaian ESP yang tidak konvensional. Setelah sumur berproduksi, layar menyaring padatan dalam produksi, tetapi akan mulai perlahan menjembatani pasir dan menciptakan perbedaan tekanan. Ketika tekanan diferensial ini mencapai tekanan retak yang ditetapkan katup, katup terbuka, memungkinkan cairan mengalir langsung ke rangkaian pipa ke ESP. Aliran ini menyamakan perbedaan tekanan di seluruh layar, melonggarkan cengkeraman karung pasir di bagian luar layar. Pasir bebas keluar dari anulus, yang mengurangi hambatan aliran melalui layar dan memungkinkan aliran berlanjut. Ketika tekanan diferensial turun, katup kembali ke posisi tertutup dan kondisi aliran normal berlanjut. Ulangi siklus ini hingga ESP perlu ditarik keluar dari lubang untuk diservis. Studi kasus yang disorot dalam artikel ini menunjukkan bahwa sistem ini mampu memperpanjang umur pompa secara signifikan dibandingkan dengan menjalankan penyelesaian penyaringan saja.
Untuk pemasangan terkini, solusi hemat biaya diperkenalkan untuk isolasi area antara kasa kawat baja tahan karat dan ESP. Pengemas cangkir yang menghadap ke bawah dipasang di atas bagian saringan. Di atas pengemas cangkir, perforasi tabung tengah tambahan menyediakan jalur aliran bagi cairan yang dihasilkan untuk bermigrasi dari bagian dalam saringan ke ruang melingkar di atas pengemas, tempat cairan dapat memasuki saluran masuk ESP.
Saringan kawat baja tahan karat yang dipilih untuk solusi ini menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan jenis jaring 2D berbasis celah. Saringan 2D terutama mengandalkan partikel yang melintasi celah atau slot saringan untuk membangun karung pasir dan menyediakan pengendalian pasir. Akan tetapi, karena hanya satu nilai celah yang dapat dipilih untuk saringan, saringan menjadi sangat peka terhadap distribusi ukuran partikel dari cairan yang dihasilkan.
Sebaliknya, lapisan jaring tebal dari saringan kawat baja tahan karat memberikan porositas tinggi (92%) dan area aliran terbuka yang besar (40%) untuk fluida lubang sumur yang diproduksi. Saringan dibuat dengan mengompresi jaring bulu baja tahan karat dan melilitkannya 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 butiran 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 saringan mempertahankan permeabilitas tinggi karena fluida dihasilkan melalui saringan. Secara efektif, saringan "ukuran" tunggal ini dapat menangani semua distribusi ukuran partikel dari fluida yang diproduksi yang ditemui. Saringan wol baja tahan karat ini dikembangkan oleh operator besar pada tahun 1980-an khususnya untuk penyelesaian saringan mandiri di reservoir yang distimulasi uap dan memiliki rekam jejak keberhasilan instalasi yang luas.
Rakitan katup terdiri dari katup berpegas yang memungkinkan aliran satu arah ke rangkaian pipa dari area produksi. Dengan menyesuaikan beban awal pegas kumparan sebelum pemasangan, katup dapat disesuaikan untuk mencapai tekanan retak yang diinginkan untuk aplikasi tersebut. Biasanya, katup dijalankan di bawah kasa kawat baja tahan karat untuk menyediakan jalur aliran sekunder antara reservoir dan ESP. Dalam beberapa kasus, beberapa katup dan kasa baja tahan karat beroperasi secara seri, dengan katup di tengah memiliki tekanan retak yang lebih rendah daripada katup terendah.
Dari waktu ke waktu, partikel formasi mengisi area melingkar antara permukaan luar saringan rakitan pelindung pompa dan dinding casing produksi. Saat rongga terisi pasir dan partikel terkonsolidasi, penurunan tekanan di karung pasir meningkat. Saat penurunan tekanan ini mencapai nilai yang telah ditetapkan, katup kerucut terbuka dan memungkinkan aliran langsung melalui saluran masuk pompa. Pada tahap ini, aliran melalui pipa mampu memecah pasir yang sebelumnya terkonsolidasi di sepanjang bagian luar saringan saringan. Karena perbedaan tekanan berkurang, aliran akan dilanjutkan 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 cairan yang disaring melalui saringan pasir.
Sistem proteksi pompa dioperasikan dengan pengepak di tiga sumur berbeda di Cekungan Delaware di Amerika Serikat. Sasaran utamanya adalah untuk mengurangi jumlah permulaan dan penghentian ESP akibat kelebihan beban terkait pasir dan untuk meningkatkan ketersediaan ESP guna meningkatkan produksi. Sistem proteksi pompa digantung dari ujung bawah rangkaian ESP. Hasil sumur minyak menunjukkan kinerja pompa yang stabil, getaran dan intensitas arus yang berkurang, serta teknologi proteksi pompa. Setelah memasang sistem baru, waktu henti terkait pasir dan padatan berkurang hingga 75% dan masa pakai pompa meningkat lebih dari 22%.
Sebuah sumur. Sistem ESP dipasang di sumur pengeboran dan rekahan baru di Martin County, Texas. Bagian vertikal sumur tersebut kira-kira 9.000 kaki dan bagian horizontal memanjang hingga 12.000 kaki, kedalaman terukur (MD). Untuk dua penyelesaian pertama, sistem pemisah pasir vortex bawah lubang dengan enam sambungan liner dipasang sebagai bagian integral dari penyelesaian ESP. Untuk dua pemasangan berturut-turut yang 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 vortex tersumbat oleh benda asing, yang dipastikan berupa pasir karena bersifat non-magnetik dan tidak bereaksi secara kimia dengan asam.
Pada pemasangan ESP ketiga, kasa kawat baja tahan karat menggantikan pemisah pasir sebagai sarana pengendalian pasir ESP. Setelah memasang sistem proteksi pompa baru, ESP menunjukkan perilaku yang lebih stabil, mengurangi rentang fluktuasi arus motor dari ~19 A untuk pemasangan #2 menjadi ~6,3 A untuk pemasangan #3. Getaran lebih stabil dan trennya berkurang hingga 75%. Penurunan tekanan juga stabil, berfluktuasi sangat sedikit dibandingkan dengan pemasangan sebelumnya dan memperoleh tambahan penurunan tekanan sebesar 100 psi. Penghentian karena kelebihan beban ESP berkurang hingga 100% dan ESP beroperasi dengan getaran rendah.
Sumur B. Di satu sumur dekat Eunice, New Mexico, sumur nonkonvensional lainnya telah memasang ESP tetapi tidak ada proteksi pompa. Setelah boot drop awal, ESP mulai menunjukkan perilaku yang tidak menentu. Fluktuasi arus dan tekanan dikaitkan dengan lonjakan getaran. Setelah mempertahankan kondisi ini selama 137 hari, ESP rusak dan penggantinya dipasang. Pemasangan kedua mencakup sistem proteksi pompa baru dengan konfigurasi ESP yang sama. Setelah sumur melanjutkan produksi, ESP beroperasi secara normal, dengan arus listrik yang stabil dan getaran yang lebih sedikit. Pada saat publikasi, pemasangan ESP kedua telah mencapai lebih dari 300 hari operasi, peningkatan yang signifikan dibandingkan pemasangan sebelumnya.
Sumur C. Pemasangan sistem di lokasi ketiga berada di Mentone, Texas, oleh perusahaan khusus minyak dan gas yang mengalami pemadaman dan kegagalan ESP karena produksi pasir dan ingin meningkatkan waktu aktif pompa. Operator biasanya menjalankan pemisah pasir bawah lubang dengan liner di setiap sumur ESP. Namun, setelah liner terisi pasir, pemisah akan memungkinkan pasir mengalir melalui bagian pompa, yang akan menimbulkan korosi pada tahap pompa, bantalan, dan poros, sehingga mengakibatkan hilangnya daya angkat. Setelah menjalankan sistem baru dengan pelindung pompa, ESP memiliki masa operasi 22% lebih lama dengan penurunan tekanan yang lebih stabil dan waktu aktif terkait ESP yang lebih baik.
Jumlah penghentian yang terkait pasir dan benda padat selama pengoperasian menurun hingga 75%, dari 8 kejadian kelebihan beban pada instalasi pertama menjadi dua kejadian pada instalasi kedua, dan jumlah pengaktifan ulang yang berhasil setelah penghentian kelebihan beban meningkat hingga 30%, dari 8 kejadian pada instalasi pertama. Sebanyak 12 kejadian, dengan total 8 kejadian, dilakukan pada instalasi sekunder, mengurangi tekanan listrik pada peralatan dan meningkatkan masa pakai operasional ESP.
Gambar 5 menunjukkan peningkatan tiba-tiba pada tanda tekanan pemasukan (biru) saat jaring baja tahan karat tersumbat dan rakitan katup dibuka. Tanda tekanan ini selanjutnya dapat meningkatkan efisiensi produksi dengan memprediksi kegagalan ESP terkait pasir, sehingga operasi penggantian dengan rig kerja ulang dapat direncanakan.
Bahasa Indonesia: 1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Analisis eksperimental tabung pusaran sebagai alat desander bawah lubang,” SPE Paper 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 mengandung elemen dari makalah SPE 207926-MS, yang dipresentasikan di Pameran dan Konferensi Minyak Internasional Abu Dhabi di Abu Dhabi, UEA, 15-18 November 2021.
Semua materi tunduk pada undang-undang hak cipta yang ditegakkan secara ketat, silakan baca Syarat dan Ketentuan, Kebijakan Cookie, dan Kebijakan Privasi kami sebelum menggunakan situs ini.