Докажано е дека компонентите за заштита на пумпата ги штитат пумпите од песок и го продолжуваат работниот век на ESP-ите во неконвенционални бунари. Ова решение го контролира повратниот тек на фрактуриран песок и други цврсти материи што можат да предизвикаат преоптоварувања и застој. Овозможувачката технологија ги елиминира проблемите поврзани со неизвесноста во распределбата на големината на честичките.
Бидејќи сè повеќе нафтени бунари се потпираат на електрични потопни пумпни системи (ESP), продолжувањето на животниот век на електричните потопни пумпни системи (ESP) станува сè поважно. Работниот век и перформансите на пумпите со вештачко подигнување се чувствителни на цврстите материи во произведените флуиди. Работниот век и перформансите на ESP значително се намалија со зголемувањето на цврстите честички. Покрај тоа, цврстите материи го зголемуваат времето на застој на бунарот и фреквенцијата на работа потребни за замена на ESP.
Цврстите честички што често течат низ пумпи за вештачко подигнување вклучуваат песок за формирање, потпори за хидраулично кршење, цемент и еродирани или кородирани метални честички. Технологиите за одвојување на цврсти материи во дупчалките се движат од циклони со ниска ефикасност до високо ефикасна 3D мрежа од нерѓосувачки челик. Вртложните десандери во дупчалките се користат во конвенционалните бунари со децении и првенствено се користат за заштита на пумпите од големи честички за време на производството. Сепак, неконвенционалните бунари се предмет на повремен проток на шлаг, што резултира со тоа што постојната технологија за вртложно сепараторство во дупчалките работи само повремено.
Предложени се неколку различни варијанти на комбинирани екрани за контрола на песок и вртложни десандери во бунарот за заштита на ESP-ите. Сепак, постојат празнини во заштитата и производствените перформанси на сите пумпи поради неизвесноста во распределбата на големината и волуменот на цврстите материи произведени од секоја бунар. Неизвесноста ја зголемува должината на компонентите за контрола на песок, со што се намалува длабочината на која може да се постави ESP-от, ограничувајќи го потенцијалот за опаѓање на резервоарот на ESP-от и негативно влијаејќи врз економијата на бунарот. Подлабоките длабочини на поставување се претпочитаат кај неконвенционалните бунари. Сепак, употребата на десандери и сидра за кал со машки приклучоци за закачување на долги, цврсти склопови за контрола на песок во делови од обвивката со висока сериозност на dogleg ги ограничува подобрувањата на MTBF на ESP-ите. Корозијата на внатрешната цевка е уште еден аспект на овој дизајн кој не е соодветно оценет.
Авторите на труд од 2005 година презентираа експериментални резултати од сепаратор на песок во дупчалка базиран на циклонска цевка (Слика 1), кој зависел од дејството на циклонот и гравитацијата, за да покажат дека ефикасноста на сепарацијата зависи од вискозитетот на маслото, брзината на проток и големината на честичките. Тие покажуваат дека ефикасноста на сепараторот во голема мера зависи од крајната брзина на честичките. Ефикасноста на сепарацијата се намалува со намалување на брзината на проток, намалување на големината на цврстите честички и зголемување на вискозитетот на маслото, Слика 2. За типичен сепаратор со циклонска цевка во дупчалка, ефикасноста на сепарацијата паѓа на ~10% како што големината на честичките паѓа на ~100 µm. Покрај тоа, како што се зголемува брзината на проток, вртложниот сепаратор е подложен на абење поради ерозија, што влијае на животниот век на структурните компоненти.
Следната логична алтернатива е да се користи 2D екран за контрола на песок со дефинирана ширина на отворот. Големината и дистрибуцијата на честичките се важни фактори при избор на сита за филтрирање на цврсти материи во конвенционално или неконвенционално производство на бунари, но тие може да бидат непознати. Цврстите материи може да доаѓаат од резервоарот, но може да варираат од пета до пета; алтернативно, ситото можеби ќе треба да филтрира песок од хидраулично кршење. Во секој случај, трошоците за собирање, анализа и тестирање на цврсти материи може да бидат превисоки.
Доколку 2D ситото за цевки не е правилно конфигурирано, резултатите можат да ја загрозат економичноста на бунарот. Премногу малите отвори на ситото за песок може да резултираат со предвремено затнување, исклучување и потреба од санативни работи. Доколку се преголеми, тие дозволуваат цврстите материи слободно да влезат во производствениот процес, што може да ги кородира нафтените цевки, да ги оштети пумпите за вештачко подигнување, да ги исплакне површинските задушници и да ги наполни површинските сепаратори, што бара пескарење и отстранување. Оваа ситуација бара едноставно, економично решение кое може да го продолжи животниот век на пумпата и да покрие широк спектар на големини на песок.
За да се задоволи оваа потреба, беше спроведена студија за употреба на вентилски склопови во комбинација со мрежа од нерѓосувачки челик, која е нечувствителна на распределбата на добиените цврсти материи. Студиите покажаа дека мрежата од нерѓосувачки челик со променлива големина на порите и 3D структура може ефикасно да контролира цврсти материи од различни големини без да се знае распределбата на големината на честичките што се добиваат од нив. 3D мрежата од нерѓосувачки челик може ефикасно да ги контролира зрната песок од сите големини, без потреба од дополнителна секундарна филтрација.
Склоп на вентили монтиран на дното од ситото овозможува производството да продолжи сè додека не се извади ESP-то. Тој спречува ESP-то да се извади веднаш откако ќе се премости ситото. Резултирачкиот склоп на вентили и влезниот екран за контрола на песок ги заштитуваат ESP-ите, пумпите за подигнување на прачки и комплетите за подигнување на гас од цврсти материи за време на производството со чистење на протокот на течност и обезбедува економично решение за продолжување на животниот век на пумпата без потреба од прилагодување на карактеристиките на резервоарот за различни ситуации.
Дизајн за заштита на пумпа од прва генерација. Склоп за заштита на пумпата со употреба на мрежи од не'рѓосувачка волнена волна беше поставен во бунар за гравитација со помош на пареа во Западна Канада за да се заштити ESP од цврсти материи за време на производството. Ситата ги филтрираат штетните цврсти материи од производствената течност кога влегува во производствената низа. Во рамките на производствената низа, течностите течат до влезот на ESP, каде што се пумпаат на површината. Може да се постават пакувачи помеѓу мрежата и ESP за да се обезбеди зонална изолација помеѓу производствената зона и горниот дел од бунарот.
Со текот на времето на производство, прстенестиот простор помеѓу ситото и обвивката има тенденција да се премостува со песок, што го зголемува отпорот на проток. На крајот, прстенестиот простор целосно се премостува, го запира протокот и создава разлика во притисокот помеѓу бунарот и производствената низа, како што е прикажано на Слика 3. Во овој момент, течноста повеќе не може да тече кон ESP и завршната низа мора да се повлече. Во зависност од голем број варијабли поврзани со производството на цврсти материи, времетраењето потребно за запирање на протокот низ мостот на цврсти материи на ситото може да биде помало од времетраењето што би му овозможило на ESP да ја пумпа течноста натоварена со цврсти материи во средното време помеѓу дефектите до земјата, па затоа беше развиена втората генерација на компоненти.
Склоп за заштита на пумпата од втора генерација. Системот за контрола на песокот за влез PumpGuard* и склопот на вентилот е суспендиран под пумпата REDA* на Слика 4, пример за неконвенционално завршување на ESP. Откако бунарот ќе почне да произведува, ситото ги филтрира цврстите материи во производството, но ќе почне полека да се спојува со песокот и да создава диференцијален притисок. Кога овој диференцијален притисок ќе го достигне поставениот притисок на пукање на вентилот, вентилот се отвора, дозволувајќи течноста да тече директно во цевководната низа до ESP. Овој проток го изедначува диференцијалниот притисок низ ситото, олабавувајќи го зафатот на вреќите со песок на надворешната страна од ситото. Песокот е слободен да излезе од прстенот, што го намалува отпорот на проток низ ситото и овозможува протокот да продолжи. Како што диференцијалниот притисок паѓа, вентилот се враќа во затворена положба и нормалните услови на проток се обновуваат. Повторувајте го овој циклус сè додека не биде потребно да се извлече ESP од дупката за сервисирање. Студиите на случаи истакнати во овој напис покажуваат дека системот е во состојба значително да го продолжи животниот век на пумпата во споредба со самото работење со завршување на сечењето.
За неодамнешната инсталација, беше воведено решение управувано од трошоците за изолација на површината помеѓу мрежата од нерѓосувачки челик и ESP. Над делот од ситото е монтиран чашен пакувач свртен надолу. Над чашкиот пакувач, дополнителни перфорации на централната цевка обезбедуваат патека на проток за произведената течност да мигрира од внатрешноста на ситото до прстенестиот простор над пакувачот, каде што течноста може да влезе во влезот на ESP.
Филтерот од жичана мрежа од не'рѓосувачки челик избран за ова решение нуди неколку предности во однос на типовите на 2D мрежи базирани на празнини. 2D филтрите се потпираат првенствено на честички што ги опфаќаат празнините или жлебовите на филтерот за да изградат вреќи со песок и да обезбедат контрола на песокот. Меѓутоа, бидејќи за ситото може да се избере само една вредност на празнината, ситото станува многу чувствително на распределбата на големината на честичките на произведената течност.
Спротивно на тоа, дебелиот мрежест слој од филтри од нерѓосувачки челик обезбедува висока порозност (92%) и голема отворена површина на проток (40%) за произведената течност од бунарот. Филтерот е конструиран со компресирање на мрежа од нерѓосувачки челик и нејзино завиткување директно околу перфорирана централна цевка, а потоа го капсулира во перфориран заштитен капак што е заварен на централната цевка на секој крај. Распределбата на порите во мрежестиот слој, нерамномерната аголна ориентација (од 15 µm до 600 µm) овозможува безопасни фини честички да течат по 3D патека на проток кон централната цевка откако поголемите и штетни честички ќе бидат заробени во мрежата. Тестирањето за задржување на песок на примероци од ова сито покажа дека филтерот одржува висока пропустливост бидејќи течноста се генерира низ ситото. Ефективно, овој филтер со една „големина“ може да се справи со сите распределби на големината на честичките на произведените течности што се среќаваат. Ова сито од нерѓосувачка волна е развиено од голем оператор во 1980-тите, специјално за самостојни комплети на сито во резервоари стимулирани од пареа и има обемна евиденција на успешни инсталации.
Склопот на вентилот се состои од вентил со пружина што овозможува еднонасочен проток во цевките од производната зона. Со прилагодување на претходното оптоварување на спиралната пружина пред инсталацијата, вентилот може да се прилагоди за да се постигне посакуваниот притисок на пукање за апликацијата. Типично, вентилот се поставува под мрежата од нерѓосувачки челик за да се обезбеди секундарна патека на проток помеѓу резервоарот и ESP. Во некои случаи, повеќе вентили и мрежи од нерѓосувачки челик работат сериски, при што средниот вентил има помал притисок на пукање од најнискиот вентил.
Со текот на времето, честичките од формацијата ја исполнуваат прстенестата површина помеѓу надворешната површина на склопот на заштитниот екран на пумпата и ѕидот на производственото куќиште. Како што шуплината се полни со песок и честичките се консолидираат, падот на притисокот низ вреќата со песок се зголемува. Кога овој пад на притисок ќе достигне претходно поставена вредност, конусниот вентил се отвора и овозможува проток директно низ влезот на пумпата. Во оваа фаза, протокот низ цевката е во состојба да го разложи претходно консолидираниот песок по должината на надворешноста на филтерот за сито. Поради намалената разлика во притисокот, протокот ќе продолжи низ ситото и влезниот вентил ќе се затвори. Затоа, пумпата може да го гледа протокот директно од вентилот само за краток временски период. Ова го продолжува животниот век на пумпата, бидејќи поголемиот дел од протокот е течност филтрирана низ ситото за песок.
Системот за заштита на пумпата работеше со пакувачи во три различни бунари во басенот Делавер во Соединетите Американски Држави. Главната цел е да се намали бројот на стартувања и запирања на ESP поради преоптоварувања поврзани со песок и да се зголеми достапноста на ESP за да се подобри производството. Системот за заштита на пумпата е суспендиран од долниот крај на низата ESP. Резултатите од нафтената бунарница покажуваат стабилни перформанси на пумпата, намалени вибрации и интензитет на струја, како и технологија за заштита на пумпата. По инсталирањето на новиот систем, времето на застој поврзано со песок и цврсти материи беше намалено за 75%, а животниот век на пумпата се зголеми за повеќе од 22%.
Бунар. ESP систем беше инсталиран во нов бунар за дупчење и фрактурирање во округот Мартин, Тексас. Вертикалниот дел од бунарот е приближно 9.000 стапки, а хоризонталниот дел се протега до 12.000 стапки, измерена длабочина (MD). За првите две завршувања, беше инсталиран систем за вртложен сепаратор на песок во дупчалката со шест поврзувања на облогата како составен дел од завршувањето на ESP. За две последователни инсталации со користење на ист тип на сепаратор на песок, беше забележано нестабилно однесување на работните параметри на ESP (интензитет на струја и вибрации). Анализата на расклопување на извлечената ESP единица покажа дека склопот на вртложниот сепаратор на гас бил затнат со туѓа материја, за која беше утврдено дека е песок бидејќи е немагнетен и не реагира хемиски со киселина.
Во третата инсталација на ESP, мрежа од нерѓосувачки челик го замени сепараторот на песок како средство за контрола на песокот на ESP. По инсталирањето на новиот систем за заштита на пумпата, ESP покажа постабилно однесување, намалувајќи го опсегот на флуктуации на струјата на моторот од ~19 A за инсталација бр. 2 до ~6,3 A за инсталација бр. 3. Вибрациите се постабилни, а трендот е намален за 75%. Падот на притисокот беше исто така стабилен, флуктуирајќи многу малку во споредба со претходната инсталација и доби дополнителни 100 psi пад на притисок. Исклучувањето на ESP поради преоптоварување е намалено за 100%, а ESP работи со ниски вибрации.
Бунар Б. Во еден бунар во близина на Јунис, Ново Мексико, друг неконвенционален бунар имал инсталиран ESP, но немал заштита од пумпа. По првичното паѓање на бунарот, ESP почнал да покажува неправилно однесување. Флуктуациите во струјата и притисокот се поврзани со скокови на вибрации. По одржување на овие услови 137 дена, ESP откажал и бил инсталиран замен. Втората инсталација вклучува нов систем за заштита на пумпата со иста конфигурација на ESP. Откако бунарот продолжил со производството, ESP работел нормално, со стабилна ампеража и помалку вибрации. Во времето на објавување, второто работење на ESP достигнало над 300 дена, што е значително подобрување во однос на претходната инсталација.
Бунар C. Третата инсталација на системот на лице место беше во Ментон, Тексас, од страна на компанија специјализирана за нафта и гас која доживеа прекини и дефекти на ESP поради производство на песок и сакаше да го подобри времето на работа на пумпата. Операторите обично користат сепаратори на песок во бунарот со облога во секој ESP бунар. Сепак, откако облогата ќе се наполни со песок, сепараторот ќе дозволи песокот да тече низ делот од пумпата, кородирајќи ја фазата на пумпата, лежиштата и вратилото, што резултира со губење на подигнувањето. По работењето на новиот систем со заштитникот на пумпата, ESP има 22% подолг работен век со постабилен пад на притисок и подобро време на работа поврзано со ESP.
Бројот на исклучувања поврзани со песок и цврсти материи за време на работата се намали за 75%, од 8 настани поради преоптоварување во првата инсталација на два во втората инсталација, а бројот на успешни рестартирања по исклучувањето поради преоптоварување се зголеми за 30%, од 8 во првата инсталација. Вкупно 12 настани, односно вкупно 8 настани, беа извршени во секундарната инсталација, со што се намали електричниот стрес на опремата и се зголеми работниот век на ESP.
Слика 5 го прикажува ненадејното зголемување на притисокот на влезот (сина) кога мрежата од не'рѓосувачки челик е блокирана и склопот на вентилот е отворен. Овој притисок може дополнително да ја подобри ефикасноста на производството со предвидување на дефекти на ESP поврзани со песок, па затоа може да се планираат операции за замена со платформи за поправка.
1 Мартинс, ЈА, ЕС Роса, С. Робсон, „Експериментална анализа на вртложна цевка како уред за десандерирање на дупнатини“, SPE Paper 94673-MS, презентиран на Конференцијата за нафтено инженерство на Латинска Америка и Карибите на SPE, Рио де Жанеиро, Бразил, 20 јуни - 23 февруари 2005 година. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Оваа статија содржи елементи од трудот на SPE 207926-MS, презентиран на Меѓународниот саем и конференција за нафта во Абу Даби во Абу Даби, ОАЕ, од 15 до 18 ноември 2021 година.
Сите материјали се предмет на строго почитување на законите за авторски права, ве молиме прочитајте ги нашите Услови и одредби, Политика за колачиња и Политика за приватност пред да ја користите оваа страница.