Komponen perlindungan pam telah terbukti melindungi pam daripada pasir dan memanjangkan jangka hayat operasi ESP dalam telaga tidak konvensional. Penyelesaian ini mengawal aliran balik pasir frak dan pepejal lain yang boleh menyebabkan beban lampau dan masa henti. Teknologi pembolehubah ini menghapuskan masalah yang berkaitan dengan ketidakpastian taburan saiz zarah.
Memandangkan semakin banyak telaga minyak bergantung pada ESP, memanjangkan jangka hayat sistem pam tenggelam elektrik (ESP) menjadi semakin penting. Jangka hayat operasi dan prestasi pam angkat buatan sensitif terhadap pepejal dalam bendalir yang dihasilkan. Jangka hayat operasi dan prestasi ESP menurun dengan ketara dengan peningkatan zarah pepejal. Di samping itu, pepejal meningkatkan masa henti telaga dan kekerapan kerja ulang yang diperlukan untuk menggantikan ESP.
Zarah pepejal yang sering mengalir melalui pam angkat buatan termasuk pasir formasi, propan pemecahan hidraulik, simen dan zarah logam yang terhakis atau berkarat. Teknologi dasar lubang yang direka untuk memisahkan pepejal terdiri daripada siklon berkecekapan rendah hingga jaringan dawai keluli tahan karat 3D berkecekapan tinggi. Penyahsander vorteks dasar lubang telah digunakan dalam telaga konvensional selama beberapa dekad, dan ia digunakan terutamanya untuk melindungi pam daripada zarah besar semasa pengeluaran. Walau bagaimanapun, telaga tidak konvensional tertakluk kepada aliran slug sekejap-sekejap, yang mengakibatkan teknologi pemisah vorteks dasar lubang sedia ada hanya berfungsi sekejap-sekejap.
Beberapa varian berbeza bagi skrin kawalan pasir gabungan dan penyahsander vorteks dasar lubang telah dicadangkan untuk melindungi ESP. Walau bagaimanapun, terdapat jurang dalam prestasi perlindungan dan pengeluaran semua pam disebabkan oleh ketidakpastian dalam taburan saiz dan isipadu pepejal yang dihasilkan oleh setiap telaga. Ketidakpastian meningkatkan panjang komponen kawalan pasir, sekali gus mengurangkan kedalaman di mana ESP boleh ditetapkan, mengehadkan potensi penurunan takungan ESP, dan memberi kesan negatif kepada ekonomi telaga. Kedalaman penetapan yang lebih dalam adalah lebih diutamakan dalam telaga yang tidak konvensional. Walau bagaimanapun, penggunaan penyahsander dan sauh lumpur palam jantan untuk menggantung pemasangan kawalan pasir yang panjang dan tegar dalam bahagian selongsong dengan tahap keterukan dogleg yang tinggi mengehadkan penambahbaikan ESP MTBF. Kakisan tiub dalam adalah satu lagi aspek reka bentuk ini yang belum dinilai secukupnya.
Penulis kertas kerja pada tahun 2005 telah membentangkan hasil eksperimen pemisah pasir dasar lubang berdasarkan tiub siklon (Rajah 1), yang bergantung pada tindakan siklon dan graviti, untuk menunjukkan bahawa kecekapan pemisahan bergantung pada kelikatan minyak, kadar aliran dan saiz zarah. Mereka menunjukkan bahawa kecekapan pemisah sebahagian besarnya bergantung pada halaju terminal zarah. Kecekapan pemisahan berkurangan dengan penurunan kadar aliran, penurunan saiz zarah pepejal dan peningkatan kelikatan minyak, Rajah 2. Bagi pemisah dasar lubang tiub siklon yang biasa, kecekapan pemisahan menurun kepada ~10% apabila saiz zarah menurun kepada ~100 µm. Di samping itu, apabila kadar aliran meningkat, pemisah vorteks tertakluk kepada haus hakisan, yang menjejaskan penggunaan jangka hayat komponen struktur.
Alternatif logik seterusnya adalah menggunakan skrin kawalan pasir 2D dengan lebar slot yang ditentukan. Saiz dan taburan zarah merupakan pertimbangan penting apabila memilih skrin untuk menapis pepejal dalam pengeluaran telaga konvensional atau tidak konvensional, tetapi ia mungkin tidak diketahui. Pepejal mungkin datang dari takungan, tetapi ia mungkin berbeza dari tumit ke tumit; secara alternatif, skrin mungkin perlu menapis pasir daripada pemecahan hidraulik. Dalam kedua-dua kes, kos pengumpulan, analisis dan pengujian pepejal boleh menjadi sangat tinggi.
Jika skrin tiub 2D tidak dikonfigurasikan dengan betul, hasilnya boleh menjejaskan ekonomi telaga. Bukaan skrin pasir yang terlalu kecil boleh mengakibatkan penyumbatan pramatang, penutupan dan keperluan untuk pemulihan. Jika ia terlalu besar, ia membenarkan pepejal memasuki proses pengeluaran dengan bebas, yang boleh menghakis paip minyak, merosakkan pam angkat buatan, membersihkan cok permukaan dan mengisi pemisah permukaan, yang memerlukan letupan pasir dan pelupusan. Situasi ini memerlukan penyelesaian mudah dan kos efektif yang boleh memanjangkan hayat pam dan meliputi taburan saiz pasir yang luas.
Bagi memenuhi keperluan ini, satu kajian telah dijalankan ke atas penggunaan pemasangan injap dalam kombinasi dengan jaringan dawai keluli tahan karat, yang tidak sensitif terhadap taburan pepejal yang terhasil. Kajian telah menunjukkan bahawa jaringan dawai keluli tahan karat dengan saiz liang yang berubah-ubah dan struktur 3D boleh mengawal pepejal pelbagai saiz dengan berkesan tanpa mengetahui taburan saiz zarah pepejal yang terhasil. Jaringan dawai keluli tahan karat 3D boleh mengawal butiran pasir semua saiz dengan berkesan, tanpa memerlukan penapisan sekunder tambahan.
Perhimpunan injap yang dipasang di bahagian bawah skrin membolehkan pengeluaran diteruskan sehingga ESP ditarik keluar. Ia menghalang ESP daripada diambil serta-merta selepas skrin dijembatani. Skrin kawalan pasir masuk dan pemasangan injap yang terhasil melindungi ESP, pam angkat rod dan pelengkap angkat gas daripada pepejal semasa pengeluaran dengan membersihkan aliran bendalir dan menyediakan penyelesaian yang kos efektif untuk memanjangkan hayat Pam tanpa perlu menyesuaikan ciri-ciri takungan untuk situasi yang berbeza.
Reka bentuk perlindungan pam generasi pertama. Perhimpunan perlindungan pam menggunakan skrin bulu keluli tahan karat telah digunakan dalam telaga saliran graviti berbantukan stim di Kanada Barat untuk melindungi ESP daripada pepejal semasa pengeluaran. Skrin menapis pepejal berbahaya daripada bendalir pengeluaran semasa ia memasuki rentetan pengeluaran. Di dalam rentetan pengeluaran, bendalir mengalir ke salur masuk ESP, di mana ia dipam ke permukaan. Pembungkus boleh dijalankan di antara skrin dan ESP untuk menyediakan pengasingan zon antara zon pengeluaran dan telaga atas.
Dari semasa ke semasa pengeluaran, ruang anulus antara skrin dan selongsong cenderung untuk menjembatani dengan pasir, yang meningkatkan rintangan aliran. Akhirnya, anulus menjembatani sepenuhnya, menghentikan aliran, dan mewujudkan perbezaan tekanan antara lubang telaga dan rentetan pengeluaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Pada ketika ini, bendalir tidak lagi boleh mengalir ke ESP dan rentetan penyiapan mesti ditarik. Bergantung pada beberapa pembolehubah yang berkaitan dengan pengeluaran pepejal, tempoh yang diperlukan untuk menghentikan aliran melalui jambatan pepejal pada skrin mungkin kurang daripada tempoh yang akan membolehkan ESP mengepam masa min bendalir yang sarat dengan pepejal antara kegagalan ke tanah, jadi komponen generasi kedua telah dibangunkan.
Perhimpunan perlindungan pam generasi kedua. Skrin kawalan pasir masuk PumpGuard* dan sistem pemasangan injap digantung di bawah pam REDA* dalam Rajah 4, satu contoh penyiapan ESP yang tidak konvensional. Setelah telaga menghasilkan, skrin menapis pepejal dalam pengeluaran, tetapi akan mula perlahan-lahan menjembatani pasir dan menghasilkan perbezaan tekanan. Apabila tekanan pembezaan ini mencapai tekanan retak yang ditetapkan oleh injap, injap terbuka, membolehkan bendalir mengalir terus ke dalam tali tiub ke ESP. Aliran ini menyamakan perbezaan tekanan merentasi skrin, melonggarkan cengkaman beg pasir di bahagian luar skrin. Pasir bebas keluar dari anulus, yang mengurangkan rintangan aliran melalui skrin dan membolehkan aliran disambung semula. Apabila tekanan pembezaan menurun, injap kembali ke kedudukan tertutupnya dan keadaan aliran normal disambung semula. Ulangi kitaran ini sehingga perlu menarik ESP keluar dari lubang untuk diservis. Kajian kes yang diketengahkan dalam artikel ini menunjukkan bahawa sistem ini dapat memanjangkan hayat pam dengan ketara berbanding menjalankan penyiapan saringan sahaja.
Bagi pemasangan baru-baru ini, penyelesaian berasaskan kos telah diperkenalkan untuk pengasingan kawasan antara jaringan dawai keluli tahan karat dan ESP. Pembungkus cawan yang menghadap ke bawah dipasang di atas bahagian skrin. Di atas pembungkus cawan, tebukan tiub tengah tambahan menyediakan laluan aliran untuk bendalir yang dihasilkan berhijrah dari bahagian dalam skrin ke ruang anulus di atas pembungkus, di mana bendalir boleh memasuki salur masuk ESP.
Penapis jaringan dawai keluli tahan karat yang dipilih untuk penyelesaian ini menawarkan beberapa kelebihan berbanding jenis jaringan 2D berasaskan jurang. Penapis 2D bergantung terutamanya pada zarah yang merangkumi jurang atau slot penapis untuk membina beg pasir dan menyediakan kawalan pasir. Walau bagaimanapun, memandangkan hanya satu nilai jurang yang boleh dipilih untuk skrin, skrin menjadi sangat sensitif terhadap taburan saiz zarah bendalir yang dihasilkan.
Sebaliknya, lapisan jaringan tebal penapis jaringan dawai keluli tahan karat memberikan keliangan yang tinggi (92%) dan kawasan aliran terbuka yang besar (40%) untuk bendalir telaga yang dihasilkan. Penapis ini dibina dengan memampatkan jaringan bulu keluli tahan karat dan membalutnya terus di sekeliling tiub tengah berlubang, kemudian merangkumnya dalam penutup pelindung berlubang yang dikimpal pada tiub tengah di setiap hujungnya. Taburan liang dalam lapisan jaringan, orientasi sudut yang tidak seragam (dari 15 µm hingga 600 µm) membolehkan halus yang tidak berbahaya mengalir di sepanjang laluan aliran 3D ke arah tiub tengah selepas zarah yang lebih besar dan berbahaya terperangkap dalam jaringan. Ujian pengekalan pasir pada spesimen penapis ini menunjukkan bahawa penapis mengekalkan kebolehtelapan yang tinggi kerana bendalir dijana melalui penapis. Secara berkesan, penapis "saiz" tunggal ini boleh mengendalikan semua taburan saiz zarah bendalir yang dihasilkan yang ditemui. Skrin bulu keluli tahan karat ini dibangunkan oleh pengendali utama pada tahun 1980-an khusus untuk penyiapan skrin kendiri dalam takungan yang dirangsang stim dan mempunyai rekod prestasi pemasangan yang berjaya.
Perhimpunan injap terdiri daripada injap bermuatan pegas yang membolehkan aliran sehala ke dalam rentetan tiub dari kawasan pengeluaran. Dengan melaraskan pramuatan pegas gegelung sebelum pemasangan, injap boleh disesuaikan untuk mencapai tekanan retakan yang diingini untuk aplikasi tersebut. Biasanya, injap dijalankan di bawah jaringan dawai keluli tahan karat untuk menyediakan laluan aliran sekunder antara takungan dan ESP. Dalam beberapa kes, berbilang injap dan jaringan keluli tahan karat beroperasi secara bersiri, dengan injap tengah mempunyai tekanan retakan yang lebih rendah daripada injap terendah.
Lama-kelamaan, zarah pembentukan memenuhi kawasan anulus antara permukaan luar skrin pemasangan pelindung pam dan dinding selongsong pengeluaran. Apabila rongga dipenuhi dengan pasir dan zarah-zarah tersebut menyatu, penurunan tekanan merentasi beg pasir meningkat. Apabila penurunan tekanan ini mencapai nilai pratetap, injap kon terbuka dan membenarkan aliran terus melalui salur masuk pam. Pada peringkat ini, aliran melalui paip dapat memecahkan pasir yang telah menyatu sebelum ini di sepanjang bahagian luar penapis skrin. Disebabkan oleh perbezaan tekanan yang dikurangkan, aliran akan bersambung semula melalui skrin dan injap pengambilan akan tertutup. Oleh itu, pam hanya boleh melihat aliran terus dari injap untuk tempoh masa yang singkat. Ini memanjangkan hayat pam, kerana kebanyakan aliran adalah bendalir yang ditapis melalui skrin pasir.
Sistem perlindungan pam telah dikendalikan dengan pembungkus di tiga telaga berbeza di Lembangan Delaware di Amerika Syarikat. Matlamat utama adalah untuk mengurangkan bilangan permulaan dan penghentian ESP disebabkan oleh beban lampau yang berkaitan dengan pasir dan untuk meningkatkan ketersediaan ESP bagi meningkatkan pengeluaran. Sistem perlindungan pam digantung dari hujung bawah rentetan ESP. Keputusan telaga minyak menunjukkan prestasi pam yang stabil, getaran dan keamatan arus yang berkurangan, serta teknologi perlindungan pam. Selepas memasang sistem baharu, masa henti berkaitan pasir dan pepejal telah dikurangkan sebanyak 75% dan jangka hayat pam meningkat lebih daripada 22%.
Sebuah perigi. Sistem ESP telah dipasang di sebuah perigi penggerudian dan rekahan baharu di Martin County, Texas. Bahagian menegak perigi adalah kira-kira 9,000 kaki dan bahagian mendatar memanjang sehingga 12,000 kaki, kedalaman yang diukur (MD). Bagi dua penyiapan pertama, sistem pemisah pasir vorteks bawah lubang dengan enam sambungan pelapik telah dipasang sebagai bahagian penting dalam penyiapan ESP. Bagi dua pemasangan berturut-turut yang menggunakan jenis pemisah pasir yang sama, kelakuan parameter operasi ESP yang tidak stabil (keamatan arus dan getaran) telah diperhatikan. Analisis pembongkaran unit ESP yang ditarik mendedahkan bahawa pemasangan pemisah gas vorteks tersumbat dengan bahan asing, yang ditentukan sebagai pasir kerana ia bukan magnet dan tidak bertindak balas secara kimia dengan asid.
Dalam pemasangan ESP ketiga, jaringan dawai keluli tahan karat telah menggantikan pemisah pasir sebagai cara kawalan pasir ESP. Selepas memasang sistem perlindungan pam baharu, ESP mempamerkan tingkah laku yang lebih stabil, mengurangkan julat turun naik arus motor daripada ~19 A untuk pemasangan #2 kepada ~6.3 A untuk pemasangan #3. Getaran lebih stabil dan trendnya berkurangan sebanyak 75%. Penurunan tekanan juga stabil, turun naik sangat sedikit berbanding pemasangan sebelumnya dan memperoleh tambahan 100 psi penurunan tekanan. Penutupan beban lampau ESP dikurangkan sebanyak 100% dan ESP beroperasi dengan getaran rendah.
Telaga B. Dalam sebuah telaga berhampiran Eunice, New Mexico, sebuah lagi telaga tidak konvensional telah memasang ESP tetapi tiada perlindungan pam. Selepas but awal jatuh, ESP mula menunjukkan tingkah laku yang tidak menentu. Turun naik arus dan tekanan dikaitkan dengan lonjakan getaran. Selepas mengekalkan keadaan ini selama 137 hari, ESP gagal dan penggantian telah dipasang. Pemasangan kedua termasuk sistem perlindungan pam baharu dengan konfigurasi ESP yang sama. Selepas telaga menyambung semula pengeluaran, ESP beroperasi seperti biasa, dengan amperaj yang stabil dan kurang getaran. Pada masa penerbitan, operasi kedua ESP telah mencapai lebih 300 hari operasi, satu peningkatan yang ketara berbanding pemasangan sebelumnya.
Telaga C. Pemasangan ketiga sistem di tapak adalah di Mentone, Texas, oleh sebuah syarikat khusus minyak dan gas yang mengalami gangguan bekalan dan kegagalan ESP disebabkan oleh pengeluaran pasir dan ingin meningkatkan masa operasi pam. Operator biasanya menjalankan pemisah pasir dasar lubang dengan pelapik dalam setiap telaga ESP. Walau bagaimanapun, sebaik sahaja pelapik diisi dengan pasir, pemisah akan membenarkan pasir mengalir melalui bahagian pam, menghakis peringkat pam, galas dan aci, mengakibatkan kehilangan daya angkat. Selepas menjalankan sistem baharu dengan pelindung pam, ESP mempunyai hayat operasi 22% lebih lama dengan penurunan tekanan yang lebih stabil dan masa operasi berkaitan ESP yang lebih baik.
Bilangan penutupan berkaitan pasir dan pepejal semasa operasi menurun sebanyak 75%, daripada 8 kejadian beban lampau dalam pemasangan pertama kepada dua kejadian dalam pemasangan kedua, dan bilangan permulaan semula yang berjaya selepas penutupan beban lampau meningkat sebanyak 30%, daripada 8 kejadian dalam pemasangan pertama. Sebanyak 12 kejadian, dengan jumlah 8 kejadian, telah dilakukan dalam pemasangan sekunder, mengurangkan tekanan elektrik pada peralatan dan meningkatkan jangka hayat operasi ESP.
Rajah 5 menunjukkan peningkatan mendadak dalam tanda tekanan pengambilan (biru) apabila jaringan keluli tahan karat disekat dan pemasangan injap dibuka. Tanda tekanan ini boleh meningkatkan lagi kecekapan pengeluaran dengan meramalkan kegagalan ESP berkaitan pasir, jadi operasi penggantian dengan pelantar kerja balik boleh dirancang.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Analisis eksperimen tiub pusaran sebagai peranti penyaring lubang bawah,” Kertas SPE 94673-MS, dibentangkan di Persidangan Kejuruteraan Petroleum SPE Amerika Latin dan Caribbean, Rio de Janeiro, Brazil, 20 Jun – 23 Februari 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Artikel ini mengandungi elemen daripada kertas SPE 207926-MS, yang dibentangkan di Pameran dan Persidangan Petroleum Antarabangsa Abu Dhabi di Abu Dhabi, UAE, 15-18 November 2021.
Semua bahan tertakluk kepada undang-undang hak cipta yang dikuatkuasakan dengan ketat, sila baca Terma dan Syarat, Dasar Kuki dan Dasar Privasi kami sebelum menggunakan laman web ini.