Dokazano je, da komponente za zaščito črpalk ščitijo črpalke pred peskom in podaljšujejo življenjsko dobo elektrofiltrov v nekonvencionalnih vrtinah. Ta rešitev nadzoruje povratni tok peska iz hidravličnega lomljenja in drugih trdnih snovi, ki lahko povzročijo preobremenitve in izpade. Omogočena tehnologija odpravlja težave, povezane z negotovostjo porazdelitve velikosti delcev.
Ker se vse več naftnih vrtin zanaša na elektrostatične črpalke (ESP), postaja podaljšanje življenjske dobe sistemov električnih potopnih črpal (ESP) vse pomembnejše. Življenjska doba in zmogljivost črpalk za umetno črpanje sta občutljivi na trdne snovi v proizvedenih tekočinah. Življenjska doba in zmogljivost ESP se s povečanjem trdnih delcev znatno zmanjšata. Poleg tega trdne snovi povečajo čas izpada vrtine in pogostost remonta, potrebnih za zamenjavo ESP.
Trdni delci, ki pogosto tečejo skozi črpalke za umetno dvigovanje, vključujejo formacijski pesek, propante za hidravlično lomljenje, cement in erodirane ali korodirane kovinske delce. Tehnologije v vrtinah, namenjene ločevanju trdnih snovi, segajo od nizko učinkovitih ciklonov do visoko učinkovite 3D žične mreže iz nerjavečega jekla. Vrtinčni desalinatorji v vrtinah se v konvencionalnih vrtinah uporabljajo že desetletja in se uporabljajo predvsem za zaščito črpalk pred velikimi delci med proizvodnjo. Vendar pa so nekonvencionalne vrtine podvržene občasnemu pretoku sluzi, zaradi česar obstoječa tehnologija vrtinčnega separatorja v vrtinah deluje le občasno.
Za zaščito elektrostatičnih filtrov (ESP) je bilo predlaganih več različnih različic kombiniranih zaslonov za nadzor peska in vrtinčnih desalatorjev peska v vrtinah. Vendar pa obstajajo vrzeli v zaščiti in proizvodni učinkovitosti vseh črpalk zaradi negotovosti glede porazdelitve velikosti in količine trdnih snovi, ki jih proizvede vsaka vrtina. Negotovost poveča dolžino komponent za nadzor peska, s čimer se zmanjša globina, na kateri je mogoče nastaviti ESP, kar omejuje potencial upadanja rezervoarja ESP in negativno vpliva na ekonomičnost vrtine. V nekonvencionalnih vrtinah so prednostne večje globine nastavitve. Vendar pa uporaba desalatorjev peska in sidrnih čepov z moškimi čepi za obešanje dolgih, togih sklopov za nadzor peska v odsekih ohišja z visoko stopnjo zasuka omejuje izboljšave MTBF ESP. Korozija notranje cevi je še en vidik te zasnove, ki ni bil ustrezno ocenjen.
Avtorji članka iz leta 2005 so predstavili eksperimentalne rezultate vrtinskega separatorja peska, ki temelji na ciklonski cevi (slika 1), ki je bil odvisen od delovanja ciklona in gravitacije, da bi pokazali, da je učinkovitost ločevanja odvisna od viskoznosti nafte, pretoka in velikosti delcev. Pokazali so, da je učinkovitost separatorja v veliki meri odvisna od končne hitrosti delcev. Učinkovitost ločevanja se zmanjšuje z zmanjševanjem pretoka, zmanjševanjem velikosti trdnih delcev in naraščanjem viskoznosti nafte, slika 2. Pri tipičnem vrtinskem separatorju s ciklonsko cevjo učinkovitost ločevanja pade na ~10 %, ko se velikost delcev zmanjša na ~100 µm. Poleg tega je vrtinčni separator z naraščanjem pretoka podvržen erozijski obrabi, kar vpliva na življenjsko dobo strukturnih komponent.
Naslednja logična alternativa je uporaba 2D-sijala za nadzor peska z določeno širino rež. Velikost in porazdelitev delcev sta pomembna dejavnika pri izbiri sita za filtriranje trdnih snovi pri konvencionalni ali nekonvencionalni proizvodnji iz vrtin, vendar sta lahko neznana. Trdne snovi lahko prihajajo iz rezervoarja, vendar se lahko razlikujejo od pete do pete; alternativno pa mora sito morda filtrirati pesek iz hidravličnega lomljenja. V obeh primerih so lahko stroški zbiranja, analize in testiranja trdnih snovi previsoki.
Če 2D-cevni filter ni pravilno konfiguriran, lahko rezultati ogrozijo ekonomičnost vrtine. Premajhne odprtine peščenega filtra lahko povzročijo prezgodnje zamašitev, zaustavitve in potrebo po sanacijskih delih. Če so prevelike, omogočajo trdnim snovem prosto vstopanje v proizvodni proces, kar lahko povzroči korozijo naftnih cevi, poškodbe črpalk za umetno črpanje, izpiranje površinskih dušilk in polnjenje površinskih separatorjev, kar zahteva peskanje in odstranjevanje. Ta situacija zahteva preprosto in stroškovno učinkovito rešitev, ki lahko podaljša življenjsko dobo črpalke in pokrije široko porazdelitev velikosti peska.
Da bi zadostili tej potrebi, je bila izvedena študija o uporabi ventilskih sklopov v kombinaciji z žično mrežo iz nerjavečega jekla, ki ni občutljiva na porazdelitev nastalih trdnih snovi. Študije so pokazale, da lahko žična mreža iz nerjavečega jekla s spremenljivo velikostjo por in 3D strukturo učinkovito nadzoruje trdne snovi različnih velikosti, ne da bi poznali porazdelitev velikosti delcev nastalih trdnih snovi. 3D žična mreža iz nerjavečega jekla lahko učinkovito nadzoruje zrna peska vseh velikosti, brez potrebe po dodatni sekundarni filtraciji.
Sklop ventila, nameščen na dnu sita, omogoča nadaljevanje proizvodnje, dokler se elektrostatski filtri (ESP) ne izvlečejo. Preprečuje, da bi se ESP takoj po premoščanju sita dvignil. Nastali sklop sita za nadzor peska na dovodu in ventila ščitita ESP-je, črpalke za dvig palic in plinske dvigalke pred trdnimi delci med proizvodnjo s čiščenjem pretoka tekočine ter zagotavlja stroškovno učinkovito rešitev za podaljšanje življenjske dobe črpalke, ne da bi bilo treba prilagajati značilnosti rezervoarja različnim situacijam.
Zasnova zaščite črpalke prve generacije. V zahodni Kanadi je bil v vrtini s parno gravitacijo v drenažni vrtini nameščen sklop za zaščito črpalke z zasloni iz nerjaveče jeklene volne, da bi zaščitil elektrostatični odtočni filter (ESP) pred trdnimi snovmi med proizvodnjo. Zasloni filtrirajo škodljive trdne snovi iz proizvodne tekočine, ko ta vstopi v proizvodni niz. Znotraj proizvodnega niza tekočine tečejo do vhoda ESP, kjer se črpajo na površje. Med zaslonom in ESP je mogoče namestiti pakerje, ki zagotavljajo consko izolacijo med proizvodnim območjem in zgornjo vrtino.
Med časom proizvodnje se obročasti prostor med zaslonom in ohišjem nagiba k premoščanju s peskom, kar poveča upor pretoka. Sčasoma se obroč popolnoma premosti, ustavi pretok in ustvari tlačno razliko med vrtino in proizvodno kolono, kot je prikazano na sliki 3. Na tej točki tekočina ne more več teči v elektrostatski filtrirni sistem (ESP) in je treba izvleči zaključno kolono. Glede na številne spremenljivke, povezane s proizvodnjo trdnih snovi, je lahko čas, potreben za ustavitev pretoka skozi most trdnih snovi na zaslonu, krajši od časa, ki bi ESP omogočil črpanje tekočine, nasičene s trdnimi snovmi, v tla, zato je bila razvita druga generacija komponent.
Zaščitni sklop črpalke druge generacije. Sistem filtra za nadzor peska na dovodu PumpGuard* in sklopa ventila je obešen pod črpalko REDA* na sliki 4, kar je primer nekonvencionalnega zaključevanja elektrostatičnega filtra (ESP). Ko vrtina začne proizvajati, filtrirni filter filtrira trdne snovi v proizvodnji, vendar se bo počasi začel premoščati s peskom in ustvarjati tlačno razliko. Ko ta tlačna razlika doseže nastavljeni tlak odpiranja ventila, se ventil odpre in omogoči, da tekočina teče neposredno v cevni niz do ESP. Ta pretok izenači tlačno razliko na filtru in sprosti oprijem vreč s peskom na zunanji strani filtra. Pesek se lahko prosto prebije iz obroča, kar zmanjša upor pretoka skozi filtrirni filter in omogoči nadaljevanje pretoka. Ko tlačna razlika pade, se ventil vrne v zaprt položaj in se nadaljujejo normalni pogoji pretoka. Ta cikel ponavljajte, dokler ni treba izvleči ESP iz vrtine za servisiranje. Študije primerov, poudarjene v tem članku, kažejo, da lahko sistem znatno podaljša življenjsko dobo črpalke v primerjavi z izvajanjem samo zaključevanja s presejanjem.
Pri nedavni namestitvi je bila uvedena stroškovno učinkovita rešitev za izolacijo območja med žično mrežo iz nerjavečega jekla in elektrostatskim filtrom (ESP). Nad sitom je nameščen navzdol obrnjen pakirni lonček. Nad pakirnim lončkom dodatne perforacije v osrednji cevi zagotavljajo pot pretoka, po kateri proizvedena tekočina prehaja iz notranjosti sita v obročasti prostor nad pakirnim lončkom, kjer lahko tekočina vstopi v vhod ESP.
Filter iz nerjaveče žične mreže, izbran za to rešitev, ponuja več prednosti pred 2D mrežami na osnovi rež. 2D filtri se zanašajo predvsem na delce, ki prečkajo reže ali reže filtra, da zgradijo vreče s peskom in zagotovijo nadzor nad peskom. Ker pa je za sito mogoče izbrati le eno vrednost reže, postane sito zelo občutljivo na porazdelitev velikosti delcev proizvedene tekočine.
V nasprotju s tem gosta mrežasta plast filtrov iz nerjavečega jekla zagotavlja visoko poroznost (92 %) in veliko odprto pretočno površino (40 %) za proizvedeno tekočino iz vrtine. Filter je izdelan s stiskanjem mreže iz nerjavečega jekla in njenim ovijanjem neposredno okoli perforirane osrednje cevi, nato pa je zaprt v perforiranem zaščitnem pokrovu, ki je na obeh koncih privarjen na osrednjo cev. Porazdelitev por v mrežasti plasti in neenakomerna kotna orientacija (od 15 µm do 600 µm) omogočata, da neškodljivi drobni delci tečejo vzdolž 3D-poti toka proti osrednji cevi, potem ko se večji in škodljivi delci ujamejo v mrežo. Testiranje zadrževanja peska na vzorcih tega sita je pokazalo, da filter ohranja visoko prepustnost, ker se tekočina ustvarja skozi sito. Ta filter ene same "velikosti" lahko učinkovito obvladuje vse porazdelitve velikosti delcev proizvedenih tekočin. To sito iz nerjaveče jeklene volne je v osemdesetih letih prejšnjega stoletja razvil velik operater posebej za dokončanje samostojnih sitov v rezervoarjih, stimuliranih s paro, in ima bogato zgodovino uspešnih namestitev.
Sklop ventila je sestavljen iz vzmetnega ventila, ki omogoča enosmerni pretok v cevni niz iz proizvodnega območja. Z nastavitvijo prednapetosti vzmeti pred namestitvijo je mogoče ventil prilagoditi tako, da doseže želeni tlak odpiranja za dano aplikacijo. Običajno je ventil nameščen pod žično mrežo iz nerjavečega jekla, da zagotovi sekundarno pot pretoka med rezervoarjem in elektrostatičnim filtrom. V nekaterih primerih več ventilov in mrež iz nerjavečega jekla deluje zaporedno, pri čemer ima srednji ventil nižji tlak odpiranja kot najnižji ventil.
Sčasoma delci formacije zapolnijo obročasto območje med zunanjo površino sita zaščitnega sklopa črpalke in steno proizvodnega ohišja. Ko se votlina napolni s peskom in se delci utrdijo, se padec tlaka na vreči s peskom poveča. Ko ta padec tlaka doseže vnaprej določeno vrednost, se stožčasti ventil odpre in omogoči neposreden pretok skozi vhod črpalke. Na tej stopnji lahko pretok skozi cev razbije predhodno utrjeni pesek vzdolž zunanje strani sita. Zaradi zmanjšane tlačne razlike se bo pretok skozi sito nadaljeval in sesalni ventil se bo zaprl. Zato lahko črpalka le kratek čas vidi pretok neposredno iz ventila. To podaljša življenjsko dobo črpalke, saj večino pretoka predstavlja tekočina, filtrirana skozi sito s peskom.
Sistem za zaščito črpalke je bil uporabljen s pakirnimi napravami v treh različnih vrtinah v bazenu Delaware v Združenih državah Amerike. Glavni cilj je zmanjšati število vklopov in izklopov ESP zaradi preobremenitev, povezanih s peskom, in povečati razpoložljivost ESP za izboljšanje proizvodnje. Sistem za zaščito črpalke je nameščen na spodnjem koncu niza ESP. Rezultati naftne vrtine kažejo stabilno delovanje črpalke, zmanjšane vibracije in intenzivnost toka ter tehnologijo za zaščito črpalke. Po namestitvi novega sistema se je čas izpada zaradi peska in trdnih delcev zmanjšal za 75 %, življenjska doba črpalke pa se je povečala za več kot 22 %.
Vrtina. V novo vrtalno in lomilno vrtino v okrožju Martin v Teksasu je bil nameščen sistem ESP. Navpični del vrtine je globok približno 9000 čevljev, vodoravni del pa sega do 12000 čevljev izmerjene globine (MD). Pri prvih dveh dokončanih delih je bil kot sestavni del dokončanega ESP nameščen sistem vrtinčnega ločevalnika peska s šestimi priključki obloge. Pri dveh zaporednih namestitevh z isto vrsto ločevalnika peska je bilo opaženo nestabilno vedenje obratovalnih parametrov ESP (intenzivnost toka in vibracije). Analiza demontaže izvlečene enote ESP je pokazala, da je bil sklop vrtinčnega ločevalnika plina zamašen s tujki, za katere je bilo ugotovljeno, da so pesek, ker so nemagnetni in kemično ne reagirajo s kislino.
V tretji namestitvi elektrostatičnega filtra (ESP) je žična mreža iz nerjavečega jekla nadomestila ločevalnik peska kot sredstvo za nadzor peska v ESP. Po namestitvi novega sistema za zaščito črpalke je ESP pokazal stabilnejše delovanje, kar je zmanjšalo razpon nihanj toka motorja z ~19 A za namestitev št. 2 na ~6,3 A za namestitev št. 3. Vibracije so stabilnejše in trend se je zmanjšal za 75 %. Padec tlaka je bil prav tako stabilen, saj je v primerjavi s prejšnjo namestitvijo zelo malo nihal, pridobil pa je dodatnih 100 psi padca tlaka. Izklopi ESP zaradi preobremenitve so se zmanjšali za 100 % in ESP deluje z nizkimi vibracijami.
Vrtina B. V eni od vrtin blizu Eunicea v Novi Mehiki je bila v drugi nekonvencionalni vrtini nameščena elektrostatična črpalka (ESP), vendar brez zaščite črpalke. Po začetnem padcu zagona je ESP začel kazati neenakomerno delovanje. Nihanja toka in tlaka so povezana s sunki vibracij. Po 137 dneh vzdrževanja teh pogojev je ESP odpovedal in nameščen je bil nadomestni. Druga namestitev vključuje nov sistem zaščite črpalke z enako konfiguracijo ESP. Po nadaljevanju proizvodnje v vrtini je ESP deloval normalno, s stabilno amperažo in manj vibracijami. V času objave je druga namestitev ESP dosegla več kot 300 dni delovanja, kar je znatno izboljšanje v primerjavi s prejšnjo namestitvijo.
Vrtina C. Tretja namestitev sistema na kraju samem je bila v Mentonu v Teksasu, ki jo je izvedlo specializirano naftno in plinsko podjetje, ki je imelo izpade in okvare elektrostatičnega filtra (ESP) zaradi proizvodnje peska in je želelo izboljšati čas delovanja črpalke. Operaterji običajno uporabljajo vrtinske separatorje peska z oblogo v vsaki vrtini ESP. Ko pa se obloga napolni s peskom, separator omogoči, da pesek teče skozi črpalni del, kar povzroči korozijo stopnje črpalke, ležajev in gredi, kar povzroči izgubo dviga. Po delovanju novega sistema z zaščito črpalke ima ESP 22 % daljšo življenjsko dobo s stabilnejšim padcem tlaka in boljšim časom delovanja, povezanim z ESP.
Število izklopov zaradi peska in trdnih delcev med delovanjem se je zmanjšalo za 75 %, z 8 dogodkov preobremenitve v prvi namestitvi na dva v drugi namestitvi, število uspešnih ponovnih zagonov po izklopu zaradi preobremenitve pa se je povečalo za 30 %, z 8 v prvi namestitvi. V sekundarni namestitvi je bilo izvedenih skupno 12 dogodkov, kar pomeni skupno 8 dogodkov, kar je zmanjšalo električno obremenitev opreme in podaljšalo obratovalno dobo elektrofiltra.
Slika 5 prikazuje nenadno povečanje signala sesalnega tlaka (modro), ko je mreža iz nerjavečega jekla blokirana in je sklop ventila odprt. Ta signal tlaka lahko dodatno izboljša učinkovitost proizvodnje z napovedovanjem okvar elektrofiltra, povezanih s peskom, zato je mogoče načrtovati nadomestne operacije z remontnimi ploščadmi.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, »Eksperimentalna analiza vrtinčne cevi kot naprave za odstranjevanje peska iz vrtine«, članek SPE 94673-MS, predstavljen na konferenci SPE o naftnem inženirstvu v Latinski Ameriki in Karibi, Rio de Janeiro, Brazilija, od 20. junija do 23. februarja 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ta članek vsebuje elemente iz prispevka SPE 207926-MS, predstavljenega na mednarodni naftni razstavi in ​​konferenci v Abu Dabiju v Abu Dabiju v ZAE od 15. do 18. novembra 2021.
Za vse materiale veljajo strogo uveljavljeni zakoni o avtorskih pravicah, zato pred uporabo te spletne strani preberite naše pogoje poslovanja, pravilnik o piškotkih in pravilnik o zasebnosti.