Доказано је да компоненте за заштиту пумпи штите пумпе од песка и продужавају радни век електростатичких поклопаца (ЕСП) у неконвенционалним бушотинама. Ово решење контролише повратни ток песка из фрактуре и других чврстих материја које могу изазвати преоптерећења и застоје. Технологија која то омогућава елиминише проблеме повезане са несигурношћу расподеле величине честица.
Како се све више нафтних бушотина ослања на електропотопне пумпе (ЕСП), продужење века трајања система електричних потопних пумпи (ЕСП) постаје све важније. Радни век и перформансе пумпи за вештачко подизање осетљиви су на чврсте материје у произведеним флуидима. Радни век и перформансе ЕСП-а значајно су смањени са повећањем чврстих честица. Поред тога, чврсте материје повећавају време застоја бушотине и учесталост ремонта потребних за замену ЕСП-а.
Чврсте честице које често протичу кроз пумпе за вештачко подизање укључују формацијски песак, пропанте за хидраулично фрактурирање, цемент и еродиране или кородиране металне честице. Технологије у бушотинама дизајниране за одвајање чврстих материја крећу се од циклона ниске ефикасности до високоефикасне 3Д жичане мреже од нерђајућег челика. Вртложни одсејвачи песка у бушотинама користе се у конвенционалним бушотинама деценијама и првенствено се користе за заштиту пумпи од великих честица током производње. Међутим, неконвенционални бушотине су подложне повременом протоку гасова, што доводи до тога да постојећа технологија вртложног сепаратора у бушотинама ради само повремено.
Неколико различитих варијанти комбинованих екрана за контролу песка и вртложних одпескивача у бушотини је предложено за заштиту електростатичких филтра (ЕСФ). Међутим, постоје празнине у заштити и производним перформансама свих пумпи због несигурности у расподели величине и запремине чврстих материја које производи свака бушотина. Несигурност повећава дужину компоненти за контролу песка, чиме се смањује дубина на којој се ЕСФ може поставити, ограничавајући потенцијал пада лежишта ЕСП-а и негативно утичући на економичност бушотине. Веће дубине постављања су пожељније код неконвенционалних бушотина. Међутим, употреба одпескивача и мушких сидара за исплаћивање за суспензију дугих, крутих склопова за контролу песка у деловима кућишта са високим степеном изгиба ограничава побољшања МТБФ-а ЕСП-а. Корозија унутрашње цеви је још један аспект овог дизајна који није адекватно процењен.
Аутори рада из 2005. године представили су експерименталне резултате сепаратора песка у бушотини заснованог на циклонској цеви (слика 1), који је зависио од дејства циклона и гравитације, како би показали да ефикасност сепарације зависи од вискозности нафте, брзине протока и величине честица. Они показују да ефикасност сепаратора у великој мери зависи од терминалне брзине честица. Ефикасност сепарације се смањује са смањењем брзине протока, смањењем величине чврстих честица и повећањем вискозности нафте, слика 2. За типичан сепаратор у бушотини са циклонском цеви, ефикасност сепарације пада на ~10% како величина честица пада на ~100 µm. Поред тога, како се брзина протока повећава, вртложни сепаратор је подложан ерозијском хабању, што утиче на век трајања структурних компоненти.
Следећа логична алтернатива је коришћење 2Д сита за контролу песка са дефинисаном ширином прореза. Величина и расподела честица су важни фактори при избору сита за филтрирање чврстих материја у конвенционалној или неконвенционалној производњи из бушотина, али могу бити непознати. Чврсте материје могу потицати из резервоара, али могу варирати од пете до пете; алтернативно, сито може морати да филтрира песак од хидрауличног фрактурирања. У оба случаја, трошкови сакупљања, анализе и тестирања чврстих материја могу бити превисоки.
Ако 2Д цевна мрежа није правилно конфигурисана, резултати могу угрозити економичност бунара. Отвори мреже за песак који су премали могу довести до превременог зачепљења, заустављања рада и потребе за санитарним радовима. Ако су превелики, омогућавају чврстим материјама да слободно уђу у производни процес, што може изазвати кородирање нафтних цеви, оштетити пумпе за вештачко дизање, испрати површинске пригушнице и напунити површинске сепараторе, што захтева пескарење и одлагање. Ова ситуација захтева једноставно, исплативо решење које може продужити век трајања пумпе и покрити широк спектар величина песка.
Да би се задовољила ова потреба, спроведена је студија о употреби склопова вентила у комбинацији са жичаном мрежом од нерђајућег челика, која је неосетљива на резултујућу расподелу чврстих материја. Студије су показале да жичана мрежа од нерђајућег челика са променљивом величином пора и 3Д структуром може ефикасно контролисати чврсте материје различитих величина без познавања расподеле величине честица резултујућих чврстих материја. 3Д жичана мрежа од нерђајућег челика може ефикасно контролисати зрна песка свих величина, без потребе за додатном секундарном филтрацијом.
Склоп вентила монтиран на дну сита омогућава наставак производње док се електростатички филтратор (ЕСФ) не извуче. Он спречава да се ЕСФ одмах извуче након што се сито премости. Добијени склоп сита за контролу песка на улазу и вентила штите ЕСФ-ове, пумпе за подизање шипки и завршетке гасне цевчице од чврстих материја током производње чишћењем протока флуида и пружа исплативо решење за продужење века трајања пумпе без потребе за прилагођавањем карактеристика резервоара различитим ситуацијама.
Дизајн заштите пумпе прве генерације. Склоп заштите пумпе који користи сита од вуне од нерђајућег челика постављен је у бунару за дренажу уз помоћ паре у западној Канади како би заштитио електростатични одводни систем (ЕСП) од чврстих материја током производње. Сита филтрирају штетне чврсте материје из производне течности док она улази у производни низ. Унутар производног низа, течности теку до улаза ЕСП-а, одакле се пумпају на површину. Пакери се могу поставити између сита и ЕСП-а како би се обезбедила зонска изолација између производне зоне и горњег дела бушотине.
Током времена производње, прстенасти простор између сита и кућишта тежи да се премости песком, што повећава отпор протоку. На крају, прстенасти простор се потпуно премости, зауставља проток и ствара разлику притиска између бушотине и производног низа, као што је приказано на слици 3. У овом тренутку, флуид више не може да тече до електростатског филтра (ЕСП) и низ за завршетак се мора извући. У зависности од низа варијабли везаних за производњу чврстих материја, трајање потребно за заустављање протока кроз мост чврстих материја на ситу може бити мање од трајања које би омогућило ЕСП-у да пумпа флуид оптерећен чврстим материјама средње време између кварова у земљу, па је развијена друга генерација компоненти.
Склоп заштите пумпе друге генерације. Систем заштитне мреже за контролу песка на улазу PumpGuard* и склоп вентила су окачени испод REDA* пумпе на слици 4, што је пример неконвенционалног завршетка електростатског филтрационог система (ЕСП). Када бушотина почне да производи, мрежа филтрира чврсте материје у производњи, али ће почети полако да се премошћује са песком и ствара разлику притиска. Када овај диференцијални притисак достигне подешени притисак отварања вентила, вентил се отвара, омогућавајући флуиду да тече директно у цевни низ до ЕСП-а. Овај проток изједначава разлику притиска преко мреже, ослобађајући хватање врећа са песком на спољашњој страни мреже. Песак може слободно да избије из прстена, што смањује отпор протоку кроз мрежу и омогућава наставак протока. Како диференцијални притисак пада, вентил се враћа у затворени положај и нормални услови протока се настављају. Понављајте овај циклус док не буде потребно извући ЕСП из бушотине ради сервисирања. Студије случаја истакнуте у овом чланку показују да је систем у стању да значајно продужи век трајања пумпе у поређењу са само извођењем завршетка филтрационим филтрирањем.
За недавну инсталацију, уведено је решење засновано на трошковима за изолацију подручја између жичане мреже од нерђајућег челика и електростатског одвода (ЕСП). Пакер окренут надоле је монтиран изнад сита. Изнад пакера, додатне перфорације централне цеви обезбеђују путању протока за произведену течност да мигрира из унутрашњости сита у прстенасти простор изнад пакера, где течност може ући у улаз ЕСП-а.
Филтер од жичане мреже од нерђајућег челика изабран за ово решење нуди неколико предности у односу на 2Д типове мрежа засноване на прорезима. 2Д филтери се првенствено ослањају на честице које прелазе кроз прорезе или отворе филтера како би изградили вреће са песком и обезбедили контролу песка. Међутим, пошто се за сито може одабрати само једна вредност прореза, сито постаје веома осетљиво на расподелу величине честица произведене течности.
Насупрот томе, дебели слој мреже филтера од нерђајућег челика обезбеђује високу порозност (92%) и велику површину отвореног протока (40%) за произведену течност из бушотине. Филтер је конструисан компресијом мреже од вуне од нерђајућег челика и њеним директним обмотавањем око перфориране централне цеви, а затим је капсулира унутар перфорираног заштитног поклопца који је заварен за централну цев на сваком крају. Расподела пора у слоју мреже, неуједначена угаона оријентација (у распону од 15 µм до 600 µм) омогућава безопасним ситним честицама да теку дуж 3Д путање протока према централној цеви након што се веће и штетне честице заробе унутар мреже. Тестирање задржавања песка на узорцима овог сита показало је да филтер одржава високу пропустљивост јер се течност генерише кроз сито. Ефикасно, овај филтер једне „величине“ може да обради све расподеле величине честица произведених течности које се срећу. Ово сито од вуне од нерђајућег челика развио је велики оператер 1980-их година посебно за самостално завршавање сита у резервоарима стимулисаним паром и има богату историју успешних инсталација.
Склоп вентила се састоји од вентила са опругом који омогућава једносмерни проток у цевни низ из производног подручја. Подешавањем претходног напрезања спиралне опруге пре инсталације, вентил се може прилагодити како би се постигао жељени притисак отварања за дату примену. Типично, вентил се поставља испод жичане мреже од нерђајућег челика како би се обезбедио секундарни пут протока између резервоара и електростатског филтра. У неким случајевима, више вентила и мрежа од нерђајућег челика раде серијски, при чему средњи вентил има нижи притисак отварања од најнижег вентила.
Временом, честице формације испуњавају прстенасти простор између спољашње површине заштитне мреже склопа пумпе и зида производног кућишта. Како се шупљина пуни песком и честице се консолидују, пад притиска преко вреће са песком се повећава. Када овај пад притиска достигне унапред одређену вредност, конусни вентил се отвара и омогућава проток директно кроз улаз пумпе. У овој фази, проток кроз цев је у стању да разбије претходно консолидовани песак дуж спољашњости мреже филтера. Због смањене разлике притиска, проток ће се наставити кроз мрежу и усисни вентил ће се затворити. Стога, пумпа може да види проток директно из вентила само кратко време. Ово продужава век трајања пумпе, јер је већи део протока флуид филтриран кроз мрежу песка.
Систем заштите пумпе је радио са пакерима у три различите бушотине у басену Делавер у Сједињеним Државама. Главни циљ је смањење броја покретања и заустављања електростатског одвода (ЕСП) због преоптерећења изазваних песком и повећање расположивости ЕСП-а ради побољшања производње. Систем заштите пумпе је окачен на доњи крај ЕСП низа. Резултати нафтне бушотине показују стабилне перформансе пумпе, смањене вибрације и интензитет струје, као и технологију заштите пумпе. Након инсталације новог система, време застоја изазвано песком и чврстим материјама је смањено за 75%, а век трајања пумпе је повећан за више од 22%.
Бунар. Систем електростатског одвајача песка (ЕСП) је инсталиран у новом бунару за бушење и фрактурирање у округу Мартин, Тексас. Вертикални део бунара је приближно 9.000 стопа, а хоризонтални део се протеже до 12.000 стопа, мерено дубина (МД). За прва два завршетка, систем вртложног одвајача песка у бушотини са шест облогних прикључака је инсталиран као саставни део завршетка ЕСП-а. За две узастопне инсталације које користе исти тип одвајача песка, примећено је нестабилно понашање радних параметара ЕСП-а (интензитет струје и вибрације). Анализа демонтаже извучене ЕСП јединице открила је да је склоп вртложног одвајача гаса био зачепљен страним материјама, за које је утврђено да су песак јер нису магнетни и хемијски не реагују са киселином.
У трећој инсталацији електростатског филтра (ЕСФ), жичана мрежа од нерђајућег челика заменила је сепаратор песка као средство за контролу песка у ЕСФ-у. Након инсталације новог система заштите пумпе, ЕСФ је показао стабилније понашање, смањујући опсег флуктуација струје мотора са ~19 А за инсталацију бр. 2 на ~6,3 А за инсталацију бр. 3. Вибрације су стабилније и тренд је смањен за 75%. Пад притиска је такође био стабилан, флуктуирајући врло мало у поређењу са претходном инсталацијом и добио је додатних 100 psi пада притиска. Искључења ЕСП-а услед преоптерећења су смањена за 100% и ЕСП ради са ниским вибрацијама.
Бунар Б. У једном бунару близу Јуниса, Нови Мексико, други неконвенционални бунар је имао инсталиран електростатички одводни систем (ЕСП), али без заштите пумпе. Након почетног пада при покретању, ЕСП је почео да показује неправилно понашање. Флуктуације струје и притиска повезане су са скоковима вибрација. Након одржавања ових услова током 137 дана, ЕСП је отказао и инсталирана је замена. Друга инсталација укључује нови систем заштите пумпе са истом конфигурацијом ЕСП-а. Након што је бунар наставио производњу, ЕСП је радио нормално, са стабилном амперажом и мање вибрација. У време објављивања, други рад ЕСП-а је достигао преко 300 дана рада, што је значајно побољшање у односу на претходну инсталацију.
Бунар Ц. Трећа инсталација система на лицу места била је у Ментону, у Тексасу, од стране компаније специјализоване за нафту и гас која је искусила прекиде рада и кварове електростатског филтра (ЕСФ) због производње песка и желела је да побољша време рада пумпе. Оператори обично користе сепараторе песка у бушотинама са облогом у сваком ЕСП бунару. Међутим, када се облога напуни песком, сепаратор ће дозволити песку да тече кроз део пумпе, кородирајући степен пумпе, лежајеве и вратило, што доводи до губитка узгона. Након рада новог система са заштитником пумпе, ЕСП има 22% дужи радни век са стабилнијим падом притиска и бољим временом рада повезаним са ЕСП-ом.
Број искључења током рада повезаних са песком и чврстим материјама смањен је за 75%, са 8 преоптерећења у првој инсталацији на два у другој инсталацији, а број успешних поновних покретања након искључења због преоптерећења повећан је за 30%, са 8 у првој инсталацији. Укупно 12 догађаја, односно укупно 8 догађаја, извршено је у секундарној инсталацији, смањујући електрично оптерећење опреме и повећавајући радни век ЕСП-а.
Слика 5 приказује нагли пораст притиска на усиснику (плаво) када је мрежа од нерђајућег челика блокирана и склоп вентила отворен. Овај притисак може додатно побољшати ефикасност производње предвиђањем кварова електростатичног филтра (ЕСП) повезаних са песком, тако да се могу планирати операције замене ремонтним платформама.
1 Мартинс, ЈА, ЕС Роса, С. Робсон, „Експериментална анализа вртложне цеви као уређаја за одпескивање у бушотини“, SPE рад 94673-MS, представљен на SPE конференцији о нафтном инжењерству Латинске Америке и Кариба, Рио де Жанеиро, Бразил, 20. јун – 23. фебруар 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Овај чланак садржи елементе из рада SPE 207926-MS, представљеног на Међународној изложби и конференцији о нафти у Абу Дабију, УАЕ, од 15. до 18. новембра 2021. године.
Сви материјали подлежу строго примењеним законима о ауторским правима, молимо вас да прочитате наше Услове коришћења, Политику колачића и Политику приватности пре коришћења ове странице.