Įrodyta, kad siurblių apsaugos komponentai apsaugo siurblius nuo smėlio ir prailgina ESP eksploatavimo laiką netradiciniuose gręžiniuose. Šis sprendimas kontroliuoja skalūnų smėlio ir kitų kietųjų dalelių atgalinį srautą, kuris gali sukelti perkrovas ir prastovas. Ši technologija pašalina problemas, susijusias su dalelių dydžio pasiskirstymo neapibrėžtumu.
Kadangi vis daugiau naftos gręžinių naudoja elektrostatinius siurblius (ESP), vis svarbiau tampa prailginti elektrinių panardinamųjų siurblių (ESP) sistemų eksploatavimo laiką. Dirbtinių siurblių eksploatavimo laikas ir našumas yra jautrūs kietosioms dalelėms išgaunamuose skysčiuose. ESP eksploatavimo laikas ir našumas gerokai sutrumpėjo padidėjus kietųjų dalelių kiekiui. Be to, kietosios dalelės padidina gręžinio prastovas ir remonto dažnumą, reikalingą ESP pakeisti.
Kietosios dalelės, kurios dažnai teka per dirbtinius kėlimo siurblius, yra formacijos smėlis, hidraulinio plėšymo atramos, cementas ir eroduotos ar korozijos paveiktos metalo dalelės. Gręžinių technologijos, skirtos kietosioms medžiagoms atskirti, apima nuo mažo efektyvumo ciklonų iki didelio efektyvumo 3D nerūdijančio plieno vielos tinklo. Gręžinių sūkuriniai separatoriai įprastuose gręžiniuose naudojami jau dešimtmečius ir daugiausia naudojami siurbliams apsaugoti nuo didelių dalelių gamybos metu. Tačiau netradiciniuose gręžiniuose vyksta protarpinis šliužo srautas, todėl esama gręžinių sūkurinių separatorių technologija veikia tik su pertrūkiais.
ESP apsaugai buvo pasiūlyti keli skirtingi kombinuotų smėlio valdymo ekranų ir gręžinių sūkurinių deandererių variantai. Tačiau visų siurblių apsaugos ir gamybos našumas turi spragų dėl neapibrėžtumo, susijusio su kiekvieno gręžinio išgaunamų kietųjų dalelių dydžio pasiskirstymu ir tūriu. Neapibrėžtumas padidina smėlio valdymo komponentų ilgį, todėl sumažėja ESP nustatymo gylis, ribojamas ESP rezervuaro nuotėkio potencialas ir neigiamai veikia gręžinio ekonomiką. Netradiciniuose gręžiniuose pageidaujamas didesnis nustatymo gylis. Tačiau deandererių ir purvo inkarų su kištukais naudojimas ilgiems, standiems smėlio valdymo mazgams pakabinti korpuso sekcijose, kuriose yra didelis sukibimo laipsnis, riboja ESP MTBF pagerėjimą. Vidinio vamzdžio korozija yra dar vienas šios konstrukcijos aspektas, kuris nebuvo tinkamai įvertintas.
2005 m. straipsnio autoriai pateikė eksperimentinius cikloniniu vamzdžiu pagrįsto smėlio separatoriaus, veikiančio nuo ciklono veikimo ir gravitacijos (1 pav.), rezultatus, siekdami parodyti, kad atskyrimo efektyvumas priklauso nuo alyvos klampumo, srauto greičio ir dalelių dydžio. Jie rodo, kad separatoriaus efektyvumas labai priklauso nuo dalelių galutinio greičio. Atskyrimo efektyvumas mažėja mažėjant srautui, kietųjų dalelių dydžiui ir didėjant alyvos klampumui (2 pav.). Tipinio cikloninio vamzdinio smėlio separatoriaus atskyrimo efektyvumas sumažėja iki ~10 %, kai dalelių dydis sumažėja iki ~100 µm. Be to, didėjant srauto greičiui, sūkurinis separatorius yra veikiamas erozinio dilimo, o tai turi įtakos konstrukcinių komponentų tarnavimo laikui.
Kita logiška alternatyva – naudoti 2D smėlio valdymo sietą su apibrėžtu plyšio pločiu. Dalelių dydis ir pasiskirstymas yra svarbūs aspektai renkantis sietus kietosioms dalelėms filtruoti įprastinio arba netradicinio gręžinio gavybos metu, tačiau jie gali būti nežinomi. Kietosios dalelės gali būti iš rezervuaro, tačiau jos gali skirtis nuo šlaito iki šlaito; arba sietui gali tekti filtruoti smėlį iš hidraulinio ardymo. Bet kuriuo atveju kietųjų dalelių surinkimo, analizės ir bandymų kaina gali būti pernelyg didelė.
Jei 2D vamzdinis sietas netinkamai sukonfigūruotas, rezultatai gali pakenkti gręžinio ekonomiškumui. Per mažos smėlio sieto angos gali sukelti priešlaikinį užsikimšimą, sustabdymą ir poreikį atlikti taisomuosius darbus. Jei jos per didelės, kietosios medžiagos laisvai patenka į gamybos procesą, o tai gali sukelti naftos vamzdžių koroziją, dirbtinių siurblių pažeidimus, paviršiaus droselių išplovimą ir paviršiaus separatorių užpildymą, todėl gali prireikti smėliasrovės valymo ir utilizavimo. Tokioje situacijoje reikalingas paprastas, ekonomiškas sprendimas, kuris prailgintų siurblio tarnavimo laiką ir apimtų įvairių dydžių smėlį.
Siekiant patenkinti šį poreikį, buvo atliktas tyrimas dėl vožtuvų mazgų naudojimo kartu su nerūdijančio plieno vielos tinklu, kuris nejautrus susidarančių kietųjų dalelių pasiskirstymui. Tyrimai parodė, kad nerūdijančio plieno vielos tinklas su kintamu porų dydžiu ir 3D struktūra gali efektyviai kontroliuoti įvairaus dydžio kietąsias daleles, nežinant susidarančių kietųjų dalelių dydžio pasiskirstymo. 3D nerūdijančio plieno vielos tinklas gali efektyviai kontroliuoti įvairaus dydžio smėlio grūdelius, nereikalaujant papildomo antrinio filtravimo.
Vožtuvo mazgas, sumontuotas sieto apačioje, leidžia tęsti gamybą, kol ištraukiamas ESP. Jis neleidžia ESP ištraukti iš karto po sieto uždarymo. Gautas įleidimo smėlio valdymo sietas ir vožtuvo mazgas apsaugo ESP, strypų kėlimo siurblius ir dujų kėlimo komplektus nuo kietųjų dalelių gamybos metu, išvalydamas skysčio srautą, ir suteikia ekonomišką sprendimą prailginti siurblio tarnavimo laiką, nereikalaujant pritaikyti rezervuaro charakteristikų skirtingoms situacijoms.
Pirmosios kartos siurblio apsaugos konstrukcija. Vakarų Kanadoje esančiame garo maitinimu veikiančiame gravitaciniame drenažo gręžinyje buvo įrengtas siurblio apsaugos mazgas, naudojant nerūdijančio plieno vatos tinklelius, siekiant apsaugoti elektrostatinį dulkių siurblį (ESP) nuo kietųjų dalelių gamybos metu. Tinklai filtruoja kenksmingas kietąsias daleles iš gamybos skysčio, kai jis patenka į gamybos liniją. Gamybos linijoje skysčiai teka į ESP įleidimo angą, kur yra pumpuojami į paviršių. Tarp tinklelio ir ESP galima įrengti sandariklius, kad būtų užtikrinta zoninė izoliacija tarp gamybos zonos ir viršutinio gręžinio angos.
Gamybos metu žiedinė erdvė tarp sieto ir korpuso linkusi užsidengti smėliu, o tai padidina srauto pasipriešinimą. Galiausiai žiedinė erdvė visiškai užsidengia, sustabdo srautą ir sukuria slėgio skirtumą tarp gręžinio angos ir gamybos linijos, kaip parodyta 3 paveiksle. Šiuo metu skystis nebegali tekėti į ESP ir reikia ištraukti užbaigimo liniją. Priklausomai nuo daugelio su kietųjų dalelių gamyba susijusių kintamųjų, trukmė, reikalinga srautui per kietųjų dalelių tiltelį ant sieto sustabdyti, gali būti trumpesnė nei trukmė, per kurią ESP galėtų pumpuoti kietosiomis dalelėmis prisotintą skystį į žemę per vidutinį laiką tarp gedimų, todėl buvo sukurti antros kartos komponentai.
Antros kartos siurblio apsaugos mazgas. „PumpGuard*“ įleidimo smėlio valdymo sieto ir vožtuvo mazgo sistema 4 paveiksle yra pakabinta po REDA* siurbliu – tai netradicinio ESP užbaigimo pavyzdys. Kai gręžinys pradeda gaminti, sietas filtruoja kietąsias daleles, tačiau pradeda lėtai jungtis su smėliu ir sukuria slėgio skirtumą. Kai šis slėgio skirtumas pasiekia vožtuvo nustatytą įtrūkimo slėgį, vožtuvas atsidaro, leisdamas skysčiui tekėti tiesiai į vamzdžių liniją, vedančią į ESP. Šis srautas išlygina slėgio skirtumą per sietą, atlaisvindamas smėlio maišų sukibimą su sieto išore. Smėlis gali laisvai išsiveržti iš žiedinės erdvės, o tai sumažina srauto pasipriešinimą per sietą ir leidžia atnaujinti srautą. Kai slėgio skirtumas sumažėja, vožtuvas grįžta į uždarytą padėtį ir normalios srauto sąlygos vėl veikia. Kartokite šį ciklą tol, kol prireiks ištraukti ESP iš gręžinio aptarnavimui. Šiame straipsnyje pateikti atvejų tyrimai rodo, kad sistema gali žymiai pailginti siurblio tarnavimo laiką, palyginti su vien tik atrankos užbaigimu.
Neseniai atliktame įrenginyje buvo įdiegtas ekonomiškai pagrįstas sprendimas, skirtas izoliuoti nerūdijančio plieno vielos tinklą ir ESP. Virš sieto sekcijos sumontuotas žemyn nukreiptas puodelio formos užpildymo įtaisas. Virš puodelio formos užpildymo įtaiso papildomos centrinio vamzdžio perforacijos suteikia srauto kelią pagamintam skysčiui migruoti iš sieto vidaus į žiedinę erdvę virš užpildymo įtaiso, kur skystis gali patekti į ESP įleidimo angą.
Šiam sprendimui pasirinktas nerūdijančio plieno vielos tinklelio filtras turi keletą pranašumų, palyginti su 2D tinklelio tipais su tarpais. 2D filtrai daugiausia naudoja daleles, kurios užpildo filtro tarpus arba plyšius, kad sukurtų smėlio maišus ir užtikrintų smėlio kontrolę. Tačiau kadangi sietui galima pasirinkti tik vieną tarpo vertę, sietas tampa labai jautrus pagaminto skysčio dalelių dydžio pasiskirstymui.
Priešingai, storas nerūdijančio plieno vielos tinklelio filtro sluoksnis užtikrina didelį poringumą (92 %) ir didelį atvirą srauto plotą (40 %) išgaunamam gręžinio skysčiui. Filtras sukonstruojamas suspaudžiant nerūdijančio plieno vilnos tinklelį ir apvyniojant jį tiesiai aplink perforuotą centrinį vamzdį, o tada apgaubiant jį perforuotu apsauginiu dangteliu, kuris privirintas prie centrinio vamzdžio abiejuose galuose. Porų pasiskirstymas tinklelio sluoksnyje, netolygi kampinė orientacija (nuo 15 µm iki 600 µm) leidžia nekenksmingoms smulkioms dalelėms tekėti 3D srauto keliu link centrinio vamzdžio, kai didesnės ir kenksmingos dalelės yra sulaikomos tinklelyje. Smėlio sulaikymo bandymai su šio sieto pavyzdžiais parodė, kad filtras išlaiko didelį pralaidumą, nes per sietą susidaro skystis. Iš esmės šis vieno „dydžio“ filtras gali apdoroti visus išgaunamų skysčių dalelių dydžio pasiskirstymus. Šį nerūdijančio plieno vilnos sietą devintajame dešimtmetyje sukūrė didelis operatorius, specialiai skirtas autonominiams sietams garo stimuliuojamuose rezervuaruose, ir jis turi didelę sėkmingo įrengimo patirtį.
Vožtuvo mazgą sudaro spyruoklinis vožtuvas, leidžiantis vienakrypčiam srautui į vamzdžių eilę iš gamybos zonos. Prieš montuojant reguliuojamas spiralinės spyruoklės išankstinis įtempimas, vožtuvą galima pritaikyti taip, kad būtų pasiektas norimas įtrūkimo slėgis konkrečiam atvejui. Paprastai vožtuvas įrengiamas po nerūdijančio plieno vielos tinklu, kad būtų užtikrintas antrinis srauto kelias tarp rezervuaro ir ESP. Kai kuriais atvejais keli vožtuvai ir nerūdijančio plieno tinklai veikia nuosekliai, o vidurinis vožtuvas turi mažesnį įtrūkimo slėgį nei žemiausias vožtuvas.
Laikui bėgant, susidariusios dalelės užpildo žiedinę erdvę tarp siurblio apsauginio mazgo tinklelio išorinio paviršiaus ir gamybos korpuso sienelės. Ertmei prisipildžius smėliu ir dalelėms sutankėjant, slėgio kritimas smėlio maiše didėja. Kai šis slėgio kritimas pasiekia iš anksto nustatytą vertę, kūginis vožtuvas atsidaro ir leidžia tekėti tiesiai per siurblio įleidimo angą. Šiame etape srautas per vamzdį gali suskaidyti anksčiau sutankintą smėlį palei tinklelio filtro išorę. Dėl sumažėjusio slėgio skirtumo srautas per tinklelį atsinaujins, o įleidimo vožtuvas užsidarys. Todėl siurblys gali matyti srautą tiesiai iš vožtuvo tik trumpą laiką. Tai pailgina siurblio tarnavimo laiką, nes didžiąją dalį srauto sudaro skystis, filtruojamas per smėlio tinklelį.
Siurblio apsaugos sistema buvo valdoma su pakavimo įrenginiais trijuose skirtinguose gręžiniuose Delavero baseine, Jungtinėse Amerikos Valstijose. Pagrindinis tikslas – sumažinti ESP paleidimų ir sustabdymų skaičių dėl smėlio sukeltų perkrovų ir padidinti ESP prieinamumą, siekiant pagerinti gamybą. Siurblio apsaugos sistema pakabinama ant apatinio ESP stygos galo. Naftos gręžinio rezultatai rodo stabilų siurblio veikimą, sumažintą vibraciją ir srovės intensyvumą bei siurblio apsaugos technologiją. Įdiegus naują sistemą, su smėliu ir kietosiomis dalelėmis susijusios prastovos sumažėjo 75 %, o siurblio tarnavimo laikas pailgėjo daugiau nei 22 %.
Gręžinys. Martino apygardoje, Teksase, naujame gręžimo ir hidraulinio ardymo gręžinyje buvo įrengta ESP sistema. Vertikali gręžinio dalis yra maždaug 9 000 pėdų (2733 m), o horizontali dalis tęsiasi iki 12 000 pėdų (3633 m) (matuojamas gylis). Pirmųjų dviejų užbaigtų darbų metu kaip neatsiejama ESP užbaigimo dalis buvo įrengta gręžinio sūkurinio smėlio separatoriaus sistema su šešiomis įdėklinėmis jungtimis. Dviejų iš eilės atliktų to paties tipo smėlio separatorių įrengimų metu buvo pastebėtas nestabilus ESP veikimo parametrų (srovės stiprumo ir vibracijos) elgesys. Ištraukto ESP įrenginio išardymo analizė parodė, kad sūkurinio dujų separatoriaus mazgas buvo užsikimšęs pašalinėmis medžiagomis, kurios, kaip nustatyta, buvo smėlis, nes jis nėra magnetinis ir chemiškai nereaguoja su rūgštimi.
Trečiajame ESP įrenginyje smėlio separatorių pakeitė nerūdijančio plieno vielos tinklas, skirtas ESP smėlio kontrolei. Įdiegus naują siurblio apsaugos sistemą, ESP veikė stabiliau, sumažindamas variklio srovės svyravimų diapazoną nuo ~19 A 2 įrenginyje iki ~6,3 A 3 įrenginyje. Vibracija tapo stabilesnė, o jos tendencija sumažėjo 75 %. Slėgio kritimas taip pat buvo stabilus, labai mažai svyravo, palyginti su ankstesne įranga, ir padidėjo 100 psi slėgio kritimas. ESP perkrovos išsijungimų skaičius sumažėjo 100 %, o ESP veikia su maža vibracija.
B gręžinys. Viename gręžinyje netoli Eunice, Naujojoje Meksikoje, kitame netradiciniame gręžinyje buvo įrengtas ESP, bet be siurblio apsaugos. Po pradinio paleidimo, ESP pradėjo veikti nepastoviai. Srovės ir slėgio svyravimai yra susiję su vibracijos šuoliais. Po 137 dienų tokių sąlygų palaikymo ESP sugedo ir buvo įrengtas pakaitinis. Antrajame įrenginyje yra nauja siurblio apsaugos sistema su ta pačia ESP konfigūracija. Gręžiniui atnaujinus gamybą, ESP veikė normaliai, stabilios srovės srovė ir mažesnė vibracija. Leidinio paskelbimo metu antrasis ESP veikimo laikotarpis pasiekė daugiau nei 300 dienų, o tai yra reikšmingas pagerėjimas, palyginti su ankstesne įranga.
C gręžinys. Trečiasis sistemos įrengimas vietoje buvo Mentone, Teksase, kurį atliko specializuota naftos ir dujų įmonė, kuri patyrė elektros energijos tiekimo sutrikimų ir ESP gedimų dėl smėlio gamybos ir norėjo pagerinti siurblio veikimo laiką. Operatoriai paprastai naudoja gręžinių smėlio separatorius su įdėklu kiekviename ESP gręžinyje. Tačiau, kai įdėklas prisipildo smėliu, separatorius leidžia smėliui tekėti per siurblio skyrių, koroduodamas siurblio pakopą, guolius ir veleną, dėl to sumažėja keliamoji galia. Paleidus naują sistemą su siurblio apsauga, ESP eksploatavimo laikas pailgėja 22 %, slėgio kritimas stabilesnis, o su ESP susijęs veikimo laikas pagerėja.
Su smėliu ir kietosiomis dalelėmis susijusių išsijungimų skaičius eksploatacijos metu sumažėjo 75 % – nuo ​​8 perkrovos atvejų pirmajame įrenginyje iki dviejų antrajame įrenginyje, o sėkmingų paleidimų po išjungimo dėl perkrovos skaičius padidėjo 30 % – nuo ​​8 pirmajame įrenginyje. Antriniame įrenginyje buvo atlikta iš viso 12 įvykių, iš viso 8, taip sumažinant įrangos elektros apkrovą ir pailginant ESP eksploatavimo laiką.
5 paveiksle parodytas staigus įsiurbimo slėgio signalo (mėlynas) padidėjimas, kai nerūdijančio plieno tinklelis užblokuojamas ir vožtuvo mazgas atidaromas. Šis slėgio signalas gali dar labiau pagerinti gamybos efektyvumą, numatant su smėliu susijusius ESP gedimus, todėl galima planuoti pakeitimo operacijas naudojant remonto įrenginius.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Sūkurinio vamzdžio kaip gręžinio išsiurbimo įrenginio eksperimentinė analizė“, SPE pranešimas 94673-MS, pristatytas SPE Lotynų Amerikos ir Karibų jūros regiono naftos inžinerijos konferencijoje Rio de Žaneire, Brazilijoje, 2005 m. birželio 20 d. – vasario 23 d. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Šiame straipsnyje panaudoti elementai iš SPE straipsnio 207926-MS, pristatyto Abu Dabio tarptautinėje naftos parodoje ir konferencijoje Abu Dabyje, JAE, 2021 m. lapkričio 15–18 d.
Visai medžiagai taikomi griežtai taikomi autorių teisių įstatymai, todėl prieš naudodamiesi šia svetaine, perskaitykite mūsų Taisykles ir sąlygas, Slapukų politiką ir Privatumo politiką.