Vipengele vya ulinzi wa pampu vimethibitishwa kulinda pampu kutokana na mchanga na kuongeza muda wa uendeshaji wa ESP katika visima visivyo vya kawaida. Suluhisho hili linadhibiti mtiririko wa mchanga wa frac na vitu vingine vikali ambavyo vinaweza kusababisha overload na downtime. Teknolojia inayowezesha huondoa matatizo yanayohusiana na kutokuwa na uhakika wa usambazaji wa ukubwa wa chembe.
Kadri visima vingi vya mafuta vinavyotegemea ESP, kuongeza muda wa matumizi ya mifumo ya kusukuma maji kwa kutumia umeme (ESP) kunakuwa muhimu zaidi. Muda wa matumizi na utendaji wa pampu za kuinua bandia ni nyeti kwa vitu vikali katika maji yanayozalishwa. Muda wa matumizi na utendaji wa ESP ulipungua kwa kiasi kikubwa kutokana na ongezeko la chembe ngumu. Zaidi ya hayo, vitu vikali huongeza muda wa kutofanya kazi kwa kisima na masafa ya kufanya kazi yanayohitajika ili kuchukua nafasi ya ESP.
Chembe ngumu ambazo mara nyingi hutiririka kupitia pampu za kuinua bandia ni pamoja na mchanga wa uundaji, viunganishi vya kuvunjika kwa majimaji, saruji, na chembe za chuma zilizomomonyoka au kutu. Teknolojia za mashimo ya chini zilizoundwa kutenganisha vitu vikali huanzia vimbunga vyenye ufanisi mdogo hadi matundu ya waya ya chuma cha pua ya 3D yenye ufanisi mkubwa. Vizuizi vya mashimo ya chini vimetumika katika visima vya kawaida kwa miongo kadhaa, na hutumiwa hasa kulinda pampu kutokana na chembe kubwa wakati wa uzalishaji. Hata hivyo, visima visivyo vya kawaida vinakabiliwa na mtiririko wa konokono wa vipindi, ambayo husababisha teknolojia iliyopo ya kutenganisha mashimo ya chini kufanya kazi vipindi tu.
Aina kadhaa tofauti za skrini za kudhibiti mchanga pamoja na visima vya chini vya maji vimependekezwa kulinda ESP. Hata hivyo, kuna mapengo katika utendaji wa ulinzi na uzalishaji wa pampu zote kutokana na kutokuwa na uhakika katika usambazaji wa ukubwa na ujazo wa vitu vikali vinavyozalishwa na kila kisima. Kutokuwa na uhakika huongeza urefu wa vipengele vya udhibiti wa mchanga, na hivyo kupunguza kina ambacho ESP inaweza kuwekwa, kupunguza uwezo wa kupungua kwa hifadhi ya ESP, na kuathiri vibaya uchumi wa kisima. Kina cha kina cha kuweka kina hupendelewa katika visima visivyo vya kawaida. Hata hivyo, matumizi ya visima vya kuondoa mchanga na nanga za matope za kiume ili kusimamisha mikusanyiko mirefu na ngumu ya udhibiti wa mchanga katika sehemu za kifuniko zenye ukali mkubwa wa miguu na uboreshaji mdogo wa ESP MTBF. Kutu kwa bomba la ndani ni kipengele kingine cha muundo huu ambacho hakijatathminiwa vya kutosha.
Waandishi wa karatasi ya 2005 waliwasilisha matokeo ya majaribio ya kitenganishi cha mchanga wa chini kulingana na mirija ya kimbunga (Mchoro 1), ambayo ilitegemea hatua ya kimbunga na mvuto, kuonyesha kwamba ufanisi wa utenganisho unategemea mnato wa mafuta, kiwango cha mtiririko, na ukubwa wa chembe. Wanaonyesha kwamba ufanisi wa kitenganishi hutegemea kwa kiasi kikubwa kasi ya mwisho ya chembe. Ufanisi wa utenganisho hupungua kadri kiwango cha mtiririko kinavyopungua, ukubwa wa chembe ngumu unavyopungua, na mnato unaoongezeka wa mafuta, Mchoro 2. Kwa kitenganishi cha kawaida cha mirija ya kimbunga, ufanisi wa utenganisho hupungua hadi ~10% kadri ukubwa wa chembe unavyopungua hadi ~100 µm. Zaidi ya hayo, kadri kiwango cha mtiririko kinavyoongezeka, kitenganishi cha vortex kinakabiliwa na mmomonyoko, ambao huathiri matumizi ya maisha ya vipengele vya kimuundo.
Njia mbadala inayofuata ya kimantiki ni kutumia skrini ya kudhibiti mchanga wa 2D yenye upana uliobainishwa wa nafasi. Ukubwa wa chembe na usambazaji ni mambo muhimu ya kuzingatia wakati wa kuchagua skrini za kuchuja vitu vikali katika uzalishaji wa kawaida au usio wa kawaida wa kisima, lakini vinaweza visiwe vimejulikana. Vitu vikali vinaweza kutoka kwenye hifadhi, lakini vinaweza kutofautiana kutoka kisigino hadi kisigino; vinginevyo, skrini inaweza kuhitaji kuchuja mchanga kutoka kwa kuvunjika kwa majimaji. Katika hali yoyote ile, gharama ya ukusanyaji, uchambuzi na upimaji wa vitu vikali inaweza kuwa kubwa.
Ikiwa skrini ya mirija ya 2D haijasanidiwa ipasavyo, matokeo yanaweza kuathiri uchumi wa kisima. Nafasi za skrini za mchanga ambazo ni ndogo sana zinaweza kusababisha kuziba mapema, kufungwa na hitaji la marekebisho. Ikiwa ni kubwa sana, huruhusu vitu vikali kuingia kwa uhuru katika mchakato wa uzalishaji, ambavyo vinaweza kuharibu mabomba ya mafuta, kuharibu pampu za kuinua bandia, kutoa mipigo ya uso na kujaza vitenganishi vya uso, ikihitaji kupuliziwa mchanga na kutupwa. Hali hii inahitaji suluhisho rahisi na la gharama nafuu ambalo linaweza kupanua maisha ya pampu na kufunika usambazaji mpana wa ukubwa wa mchanga.
Ili kukidhi hitaji hili, utafiti ulifanywa kuhusu matumizi ya mikusanyiko ya vali pamoja na matundu ya waya ya chuma cha pua, ambayo hayaathiri usambazaji wa vitu vikali vinavyotokana. Uchunguzi umeonyesha kuwa matundu ya waya ya chuma cha pua yenye ukubwa wa vinyweleo vinavyobadilika na muundo wa 3D yanaweza kudhibiti kwa ufanisi vitu vikali vya ukubwa mbalimbali bila kujua usambazaji wa ukubwa wa chembe ya vitu vikali vinavyotokana. Matundu ya waya ya chuma cha pua ya 3D yanaweza kudhibiti kwa ufanisi chembe za mchanga za ukubwa wote, bila kuhitaji kuchujwa kwa ziada.
Kiunganishi cha vali kilichowekwa chini ya skrini huruhusu uzalishaji kuendelea hadi ESP itakapotolewa. Huzuia ESP kupatikana mara tu baada ya skrini kuunganishwa. Kiunganishi cha kudhibiti mchanga unaoingia na kiunganishi cha vali kinachotokana hulinda ESP, pampu za kuinua fimbo, na ukamilishaji wa kuinua gesi kutoka kwa vitu vikali wakati wa uzalishaji kwa kusafisha mtiririko wa maji na hutoa suluhisho la gharama nafuu la kuongeza muda wa matumizi ya Pampu bila kulazimika kurekebisha sifa za hifadhi kwa hali tofauti.
Ubunifu wa ulinzi wa pampu ya kizazi cha kwanza. Kiunganishi cha ulinzi wa pampu kwa kutumia skrini za pamba za chuma cha pua kiliwekwa kwenye kisima cha mifereji ya maji ya mvuto kinachosaidiwa na mvuke huko Magharibi mwa Kanada ili kulinda ESP kutokana na vitu vikali wakati wa uzalishaji. Skrini huchuja vitu vikali vyenye madhara kutoka kwa umajimaji wa uzalishaji unapoingia kwenye kamba ya uzalishaji. Ndani ya kamba ya uzalishaji, vimiminika hutiririka hadi kwenye mlango wa ESP, ambapo husukumwa hadi juu. Vifungashio vinaweza kuendeshwa kati ya skrini na ESP ili kutoa utengano wa kanda kati ya eneo la uzalishaji na kisima cha juu.
Baada ya muda wa uzalishaji, nafasi ya annular kati ya skrini na kifuniko huelekea kuunganishwa na mchanga, ambayo huongeza upinzani wa mtiririko. Hatimaye, annular huunganisha kabisa, husimamisha mtiririko, na huunda tofauti ya shinikizo kati ya kisima na kamba ya uzalishaji, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Katika hatua hii, umajimaji hauwezi tena kutiririka hadi ESP na kamba ya kukamilisha lazima ivutwe. Kulingana na vigezo kadhaa vinavyohusiana na uzalishaji wa vitu vikali, muda unaohitajika kusimamisha mtiririko kupitia daraja la vitu vikali kwenye skrini unaweza kuwa chini ya muda ambao ungeruhusu ESP kusukuma umajimaji uliojaa vitu vikali wakati wa wastani kati ya kushindwa hadi ardhini, kwa hivyo kizazi cha pili cha vipengele kilitengenezwa.
Kiunganishi cha ulinzi wa pampu ya kizazi cha pili. Skrini ya kudhibiti mchanga wa kuingiza PumpGuard* na mfumo wa kuunganisha vali umesimamishwa chini ya pampu ya REDA* katika Mchoro 4, mfano wa ukamilishaji usio wa kawaida wa ESP. Mara tu kisima kinapoanza kutoa, skrini huchuja vitu vikali vinavyozalishwa, lakini itaanza kuungana polepole na mchanga na kuunda tofauti ya shinikizo. Wakati shinikizo hili la tofauti linapofikia shinikizo la kupasuka la seti ya vali, vali hufunguka, na kuruhusu umajimaji kutiririka moja kwa moja kwenye kamba ya mirija hadi ESP. Mtiririko huu unasawazisha tofauti ya shinikizo kwenye skrini, na kulegeza mshiko wa mifuko ya mchanga nje ya skrini. Mchanga unaweza kutoka kwenye annulus, ambayo hupunguza upinzani wa mtiririko kupitia skrini na kuruhusu mtiririko kuanza tena. Shinikizo la tofauti linaposhuka, vali hurejea katika nafasi yake iliyofungwa na hali ya kawaida ya mtiririko huanza tena. Rudia mzunguko huu hadi itakapohitajika kuvuta ESP kutoka kwenye shimo kwa ajili ya kuhudumia. Uchunguzi wa kesi ulioangaziwa katika makala haya unaonyesha kuwa mfumo unaweza kupanua kwa kiasi kikubwa maisha ya pampu ikilinganishwa na ukamilishaji wa uchunguzi pekee.
Kwa usakinishaji wa hivi karibuni, suluhisho linalotegemea gharama lilianzishwa kwa ajili ya kutenganisha eneo kati ya matundu ya waya ya chuma cha pua na ESP. Kifungashio cha vikombe kinachoelekea chini kimewekwa juu ya sehemu ya skrini. Juu ya kifungashio cha vikombe, vitobo vya ziada vya mirija ya kati hutoa njia ya mtiririko kwa umajimaji unaozalishwa kuhama kutoka ndani ya skrini hadi nafasi ya annular juu ya kifungashio, ambapo umajimaji unaweza kuingia kwenye mlango wa ESP.
Kichujio cha matundu ya waya ya chuma cha pua kilichochaguliwa kwa suluhisho hili hutoa faida kadhaa kuliko aina za matundu ya 2D yanayotegemea pengo. Vichujio vya 2D hutegemea hasa chembe zinazozunguka mapengo au nafasi za vichujio ili kujenga mifuko ya mchanga na kutoa udhibiti wa mchanga. Hata hivyo, kwa kuwa thamani moja tu ya pengo inaweza kuchaguliwa kwa skrini, skrini inakuwa nyeti sana kwa usambazaji wa ukubwa wa chembe wa umajimaji unaozalishwa.
Kwa upande mwingine, sehemu nene ya matundu ya vichujio vya matundu ya waya ya chuma cha pua hutoa unyeyuko mwingi (92%) na eneo kubwa la mtiririko wazi (40%) kwa umajimaji unaozalishwa. Kichujio hujengwa kwa kubana matundu ya ngozi ya chuma cha pua na kuifunga moja kwa moja kuzunguka mrija wa katikati uliotobolewa, kisha huifunika ndani ya kifuniko cha kinga kilichotobolewa ambacho kimeunganishwa kwenye mrija wa katikati kila mwisho. Usambazaji wa vinyweleo kwenye sehemu ya matundu, mwelekeo usio sawa wa pembe (kuanzia µm 15 hadi 600 µm) huruhusu faini zisizo na madhara kutiririka kwenye njia ya mtiririko wa 3D kuelekea mrija wa kati baada ya chembe kubwa na zenye madhara kunaswa ndani ya matundu. Upimaji wa uhifadhi wa mchanga kwenye sampuli za ungo huu ulionyesha kuwa kichujio hudumisha upenyezaji mkubwa kwa sababu umajimaji huzalishwa kupitia ungo. Kwa ufanisi, kichujio hiki cha "ukubwa" mmoja kinaweza kushughulikia usambazaji wote wa ukubwa wa chembe wa umajimaji unaozalishwa unaopatikana. Skrini hii ya pamba ya chuma cha pua ilitengenezwa na mwendeshaji mkuu katika miaka ya 1980 haswa kwa ajili ya ukamilishaji wa skrini iliyojitosheleza katika hifadhi zilizochochewa na mvuke na ina rekodi kubwa ya usakinishaji uliofanikiwa.
Kiunganishi cha vali kina vali yenye chemchemi inayoruhusu mtiririko wa njia moja kwenye kamba ya mirija kutoka eneo la uzalishaji. Kwa kurekebisha upakiaji wa awali wa chemchemi ya koili kabla ya usakinishaji, vali inaweza kubinafsishwa ili kufikia shinikizo linalohitajika la kupasuka kwa ajili ya matumizi. Kwa kawaida, vali huendeshwa chini ya matundu ya waya ya chuma cha pua ili kutoa njia ya pili ya mtiririko kati ya hifadhi na ESP. Katika baadhi ya matukio, vali nyingi na matundu ya chuma cha pua hufanya kazi mfululizo, huku vali ya kati ikiwa na shinikizo la chini la kupasuka kuliko vali ya chini kabisa.
Baada ya muda, chembe za uundaji hujaza eneo la annular kati ya uso wa nje wa skrini ya mkusanyiko wa kinga ya pampu na ukuta wa kasha la uzalishaji. Kadri shimo linavyojazwa na mchanga na chembe zinapojikusanya, kushuka kwa shinikizo kwenye mfuko wa mchanga huongezeka. Wakati kushuka huku kwa shinikizo kunapofikia thamani iliyowekwa tayari, vali ya koni hufunguka na kuruhusu mtiririko moja kwa moja kupitia njia ya kuingiza pampu. Katika hatua hii, mtiririko kupitia bomba unaweza kuvunja mchanga uliounganishwa hapo awali kando ya nje ya kichujio cha skrini. Kutokana na tofauti ya shinikizo iliyopunguzwa, mtiririko utaendelea tena kupitia skrini na vali ya ulaji itafungwa. Kwa hivyo, pampu inaweza kuona mtiririko moja kwa moja kutoka kwa vali kwa muda mfupi tu. Hii huongeza muda wa matumizi ya pampu, kwani mtiririko mwingi ni umajimaji unaochujwa kupitia skrini ya mchanga.
Mfumo wa ulinzi wa pampu uliendeshwa na vifungashio katika visima vitatu tofauti katika Bonde la Delaware nchini Marekani. Lengo kuu ni kupunguza idadi ya kuanza na kusimama kwa ESP kutokana na overloads zinazohusiana na mchanga na kuongeza upatikanaji wa ESP ili kuboresha uzalishaji. Mfumo wa ulinzi wa pampu umesimamishwa kutoka sehemu ya chini ya kamba ya ESP. Matokeo ya kisima cha mafuta yanaonyesha utendaji thabiti wa pampu, kupungua kwa mtetemo na nguvu ya mkondo, na teknolojia ya ulinzi wa pampu. Baada ya kusakinisha mfumo mpya, muda wa kusimama unaohusiana na mchanga na vitu vigumu ulipunguzwa kwa 75% na maisha ya pampu yaliongezeka kwa zaidi ya 22%.
Kisima. Mfumo wa ESP ulisakinishwa katika kisima kipya cha kuchimba visima na kuvunjika katika Kaunti ya Martin, Texas. Sehemu ya wima ya kisima ni takriban futi 9,000 na sehemu ya mlalo inaenea hadi futi 12,000, kina kilichopimwa (MD). Kwa ukamilishaji mbili za kwanza, mfumo wa kutenganisha mchanga wa vortex wenye miunganisho sita ya mistari uliwekwa kama sehemu muhimu ya ukamilishaji wa ESP. Kwa usakinishaji mbili mfululizo kwa kutumia aina moja ya kitenganisha mchanga, tabia isiyo imara ya vigezo vya uendeshaji vya ESP (nguvu ya sasa na mtetemo) ilionekana. Uchambuzi wa kutenganisha kitengo cha ESP kilichovutwa ulibaini kuwa mkusanyiko wa kitenganisha gesi cha vortex ulikuwa umefungwa na vitu vya kigeni, ambavyo vilibainika kuwa mchanga kwa sababu hauna sumaku na hauguswa na asidi kwa kemikali.
Katika usakinishaji wa tatu wa ESP, matundu ya waya ya chuma cha pua yalibadilisha kitenganishi cha mchanga kama njia ya udhibiti wa mchanga wa ESP. Baada ya kusakinisha mfumo mpya wa ulinzi wa pampu, ESP ilionyesha tabia thabiti zaidi, ikipunguza kiwango cha kushuka kwa mkondo wa injini kutoka ~19 A kwa usakinishaji #2 hadi ~6.3 A kwa usakinishaji #3. Mtetemo ni thabiti zaidi na mwelekeo umepunguzwa kwa 75%. Kushuka kwa shinikizo pia kulikuwa thabiti, kushuka kidogo sana ikilinganishwa na usakinishaji uliopita na kupata 100 psi ya ziada ya kushuka kwa shinikizo. Kuzimwa kwa ESP kupita kiasi hupunguzwa kwa 100% na ESP inafanya kazi kwa mtetemo mdogo.
Kisima B. Katika kisima kimoja karibu na Eunice, New Mexico, kisima kingine kisicho cha kawaida kilikuwa na ESP iliyosakinishwa lakini hakuna ulinzi wa pampu. Baada ya kushuka kwa awali kwa buti, ESP ilianza kuonyesha tabia isiyotabirika. Kubadilika kwa mkondo na shinikizo kunahusishwa na miiba ya mtetemo. Baada ya kudumisha hali hizi kwa siku 137, ESP ilishindwa na mbadala wake ulisakinishwa. Usakinishaji wa pili unajumuisha mfumo mpya wa ulinzi wa pampu wenye usanidi sawa wa ESP. Baada ya kisima kuanza tena uzalishaji, ESP ilikuwa ikifanya kazi kawaida, ikiwa na amperage thabiti na mtetemo mdogo. Wakati wa kuchapishwa, uendeshaji wa pili wa ESP ulikuwa umefikia zaidi ya siku 300 za uendeshaji, uboreshaji mkubwa zaidi ya usakinishaji uliopita.
Well C. Ufungaji wa tatu wa mfumo huo ulikuwa Mentone, Texas, na kampuni maalum ya mafuta na gesi ambayo ilipata hitilafu na hitilafu za ESP kutokana na uzalishaji wa mchanga na ilitaka kuboresha muda wa matumizi ya pampu. Waendeshaji kwa kawaida hutumia vitenganishi vya mchanga vya chini vyenye mjengo katika kila kisima cha ESP. Hata hivyo, mara tu mjengo utakapojaa mchanga, kitenganishi kitaruhusu mchanga kutiririka kupitia sehemu ya pampu, na kuharibu hatua ya pampu, fani na shimoni, na kusababisha upotevu wa kuinua. Baada ya kuendesha mfumo mpya na kinga ya pampu, ESP ina muda mrefu wa kufanya kazi kwa 22% na kushuka kwa shinikizo thabiti zaidi na muda bora wa matumizi unaohusiana na ESP.
Idadi ya kuzima kwa mchanga na vitu vigumu wakati wa operesheni ilipungua kwa 75%, kutoka matukio 8 ya kuzidisha mzigo katika usakinishaji wa kwanza hadi mawili katika usakinishaji wa pili, na idadi ya kuanzisha upya kwa mafanikio baada ya kuzima mzigo iliongezeka kwa 30%, kutoka 8 katika usakinishaji wa kwanza. Jumla ya matukio 12, kwa jumla ya matukio 8, yalifanywa katika usakinishaji wa pili, kupunguza msongo wa umeme kwenye vifaa na kuongeza muda wa uendeshaji wa ESP.
Mchoro 5 unaonyesha ongezeko la ghafla la sahihi ya shinikizo la ulaji (bluu) wakati matundu ya chuma cha pua yanapoziba na mkusanyiko wa vali kufunguliwa. Saini hii ya shinikizo inaweza kuboresha zaidi ufanisi wa uzalishaji kwa kutabiri hitilafu za ESP zinazohusiana na mchanga, kwa hivyo shughuli za uingizwaji na vifaa vya kufanya kazi zaidi zinaweza kupangwa.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Uchambuzi wa majaribio wa mrija wa kuzungusha kama kifaa cha kutolea maji chini,” SPE Paper 94673-MS, iliyowasilishwa katika Mkutano wa SPE Amerika Kusini na Karibea wa Uhandisi wa Petroli, Rio de Janeiro, Brazil, Juni 20 - Februari 23, 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Makala haya yana vipengele kutoka kwa karatasi ya SPE 207926-MS, iliyowasilishwa katika Maonyesho na Mkutano wa Kimataifa wa Petroli wa Abu Dhabi huko Abu Dhabi, UAE, 15-18 Novemba 2021.
Nyenzo zote ziko chini ya sheria kali za hakimiliki, tafadhali soma Sheria na Masharti yetu, Sera ya Vidakuzi na Sera ya Faragha kabla ya kutumia tovuti hii.