Napatunayan na ang mga bahagi ng proteksyon ng bomba ay nagpoprotekta sa mga bomba mula sa buhangin at nagpapahaba sa buhay ng operasyon ng mga ESP sa mga hindi pangkaraniwang balon. Kinokontrol ng solusyong ito ang backflow ng frac sand at iba pang solid na maaaring magdulot ng overload at downtime. Inaalis ng teknolohiyang nagbibigay-daan ang mga problemang nauugnay sa kawalan ng katiyakan sa distribusyon ng laki ng particle.
Habang parami nang parami ang mga balon ng langis na umaasa sa mga ESP, ang pagpapahaba ng buhay ng mga electrical submersible pumping (ESP) system ay nagiging lalong mahalaga. Ang buhay ng operasyon at pagganap ng mga artificial lift pump ay sensitibo sa mga solido sa mga nalilikhang likido. Ang buhay ng operasyon at pagganap ng ESP ay bumaba nang malaki kasabay ng pagtaas ng mga solidong partikulo. Bilang karagdagan, pinapataas ng mga solido ang downtime ng balon at dalas ng workover na kinakailangan upang palitan ang ESP.
Ang mga solidong particle na kadalasang dumadaloy sa mga artificial lift pump ay kinabibilangan ng formation sand, hydraulic fracturing proppants, semento, at mga eroded o kinakalawang na metal particle. Ang mga teknolohiyang downhole na idinisenyo upang paghiwalayin ang mga solid ay mula sa mga low-efficiency cyclone hanggang sa high-efficiency 3D stainless steel wire mesh. Ang mga downhole vortex desander ay ginagamit na sa mga conventional well sa loob ng mga dekada, at pangunahing ginagamit ang mga ito upang protektahan ang mga pump mula sa malalaking particle habang nasa produksyon. Gayunpaman, ang mga unconventional well ay napapailalim sa paulit-ulit na slug flow, na nagreresulta sa umiiral na teknolohiya ng downhole vortex separator na gumagana lamang nang paulit-ulit.
Maraming iba't ibang variant ng pinagsamang sand control screen at downhole vortex desander ang iminungkahi upang protektahan ang mga ESP. Gayunpaman, may mga kakulangan sa proteksyon at pagganap ng produksyon ng lahat ng bomba dahil sa kawalan ng katiyakan sa distribusyon ng laki at dami ng mga solidong nalilikha ng bawat balon. Ang kawalan ng katiyakan ay nagpapataas ng haba ng mga bahagi ng sand control, sa gayon ay binabawasan ang lalim kung saan maaaring itakda ang ESP, nililimitahan ang potensyal ng pagbaba ng reservoir ng ESP, at negatibong nakakaapekto sa ekonomiya ng balon. Mas mainam ang mas malalim na lalim ng pagtatakda sa mga hindi kinaugalian na balon. Gayunpaman, ang paggamit ng mga de-sander at male-plug mud anchor upang isuspinde ang mahaba at matibay na sand control assemblies sa mga seksyon ng casing na may mataas na dogleg severity ay naglimita sa mga pagpapabuti sa ESP MTBF. Ang kalawang ng inner tube ay isa pang aspeto ng disenyo na ito na hindi pa sapat na nasusuri.
Ang mga may-akda ng isang papel noong 2005 ay nagpakita ng mga resulta ng eksperimento ng isang downhole sand separator batay sa isang cyclone tube (Larawan 1), na nakadepende sa aksyon at grabidad ng cyclone, upang ipakita na ang kahusayan sa paghihiwalay ay nakadepende sa lagkit ng langis, bilis ng daloy, at laki ng particle. Ipinapakita nila na ang kahusayan ng separator ay higit na nakadepende sa terminal velocity ng mga particle. Bumababa ang kahusayan sa paghihiwalay kasabay ng pagbaba ng bilis ng daloy, pagbaba ng laki ng solidong particle, at pagtaas ng lagkit ng langis, Larawan 2. Para sa isang tipikal na cyclone tube downhole separator, ang kahusayan sa paghihiwalay ay bumababa sa ~10% habang bumababa ang laki ng particle sa ~100 µm. Bilang karagdagan, habang tumataas ang bilis ng daloy, ang vortex separator ay napapailalim sa erosion wear, na nakakaapekto sa buhay ng paggamit ng mga structural component.
Ang susunod na lohikal na alternatibo ay ang paggamit ng 2D sand control screen na may tinukoy na lapad ng puwang. Ang laki at distribusyon ng particle ay mahahalagang konsiderasyon kapag pumipili ng mga screen upang i-filter ang mga solid sa conventional o unconventional well production, ngunit maaaring hindi ito alam. Ang mga solid ay maaaring manggaling sa reservoir, ngunit maaaring mag-iba ang mga ito sa bawat sakong; bilang kahalili, maaaring kailanganin ng screen na i-filter ang buhangin mula sa hydraulic fracturing. Sa alinmang kaso, ang gastos sa pagkolekta, pagsusuri, at pagsubok ng mga solid ay maaaring maging napakamahal.
Kung ang 2D tubing screen ay hindi maayos na na-configure, ang mga resulta ay maaaring makaapekto sa ekonomiya ng balon. Ang mga butas ng sand screen na masyadong maliit ay maaaring magresulta sa maagang pagbara, pag-shutdown, at pangangailangan para sa mga remedial workover. Kung ang mga ito ay masyadong malaki, pinapayagan nito ang mga solidong bagay na malayang makapasok sa proseso ng produksyon, na maaaring kalawangin ang mga tubo ng langis, makapinsala sa mga artipisyal na lift pump, mag-flush ng mga surface choke at punan ang mga surface separator, na mangangailangan ng sandblasting at pagtatapon. Ang sitwasyong ito ay nangangailangan ng isang simple at cost-effective na solusyon na maaaring magpahaba ng buhay ng bomba at masakop ang malawak na distribusyon ng laki ng buhangin.
Upang matugunan ang pangangailangang ito, isang pag-aaral ang isinagawa sa paggamit ng mga valve assembly kasama ng stainless steel wire mesh, na hindi sensitibo sa distribusyon ng mga nagresultang solid. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang stainless steel wire mesh na may pabagu-bagong laki ng butas at 3D na istraktura ay maaaring epektibong makontrol ang mga solid na may iba't ibang laki nang hindi nalalaman ang distribusyon ng laki ng particle ng mga nagresultang solid. Ang 3D stainless steel wire mesh ay maaaring epektibong makontrol ang mga butil ng buhangin ng lahat ng laki, nang hindi nangangailangan ng karagdagang pangalawang pagsasala.
Ang isang valve assembly na nakakabit sa ilalim ng screen ay nagbibigay-daan sa pagpapatuloy ng produksyon hanggang sa mabunot ang ESP. Pinipigilan nito ang pagkuha agad ng ESP pagkatapos ma-bridge ang screen. Ang resultang inlet sand control screen at valve assembly ay pinoprotektahan ang mga ESP, rod lift pump, at gas lift completion mula sa mga solido habang nasa produksyon sa pamamagitan ng paglilinis ng daloy ng fluid at nagbibigay ng cost-effective na solusyon upang pahabain ang buhay ng Pump nang hindi kinakailangang iayon ang mga katangian ng reservoir para sa iba't ibang sitwasyon.
Disenyo ng proteksyon ng bomba para sa unang henerasyon. Isang assembly ng proteksyon ng bomba gamit ang mga screen na hindi kinakalawang na asero ang inilagay sa isang steam assisted gravity drainage well sa Kanlurang Canada upang protektahan ang ESP mula sa mga solido habang nasa produksyon. Sinasala ng mga screen ang mga mapaminsalang solido mula sa production fluid habang pumapasok ito sa production string. Sa loob ng production string, dumadaloy ang mga fluid papunta sa ESP inlet, kung saan ibinobomba ang mga ito papunta sa ibabaw. Maaaring patakbuhin ang mga packer sa pagitan ng screen at ng ESP upang magbigay ng zonal isolation sa pagitan ng production zone at ng upper wellbore.
Sa paglipas ng panahon ng produksyon, ang annular space sa pagitan ng screen at casing ay may posibilidad na maging tulay ng buhangin, na nagpapataas ng resistensya sa daloy. Kalaunan, ang annulus ay ganap na nagtu-tulay, humihinto sa daloy, at lumilikha ng pressure differential sa pagitan ng wellbore at ng production string, gaya ng ipinapakita sa Figure 3. Sa puntong ito, ang fluid ay hindi na makakadaloy papunta sa ESP at ang completion string ay kailangang hilahin. Depende sa ilang baryabol na may kaugnayan sa produksyon ng solids, ang tagal na kinakailangan upang ihinto ang daloy sa solids bridge sa screen ay maaaring mas mababa kaysa sa tagal na magpapahintulot sa ESP na bombahin ang fluid na may kargang solids sa pagitan ng mga pagkabigo patungo sa lupa, kaya ang pangalawang henerasyon ng mga component ay binuo.
Ang ikalawang henerasyon ng pump protection assembly. Ang PumpGuard* inlet sand control screen at valve assembly system ay nakasabit sa ibaba ng REDA* pump sa Figure 4, isang halimbawa ng isang hindi pangkaraniwang pagkumpleto ng ESP. Kapag ang balon ay nagpoprodyus na, sinasala ng screen ang mga solidong nasa produksyon, ngunit magsisimulang dahan-dahang humalo sa buhangin at lumikha ng pressure differential. Kapag ang differential pressure na ito ay umabot sa itinakdang cracking pressure ng balbula, bumubukas ang balbula, na nagpapahintulot sa fluid na dumaloy nang direkta sa tubing string papunta sa ESP. Ang daloy na ito ay nagpapapantay sa pressure differential sa buong screen, na nagpapaluwag sa pagkakahawak ng mga sako ng buhangin sa labas ng screen. Ang buhangin ay malayang nakakawala sa annulus, na nagbabawas sa resistensya ng daloy sa screen at nagpapahintulot sa daloy na magpatuloy. Habang bumababa ang differential pressure, ang balbula ay bumabalik sa saradong posisyon nito at nagpapatuloy ang normal na mga kondisyon ng daloy. Ulitin ang cycle na ito hanggang sa kinakailangan na hilahin ang ESP palabas ng butas para sa pagseserbisyo. Ang mga case study na itinampok sa artikulong ito ay nagpapakita na ang sistema ay kayang pahabain nang malaki ang buhay ng bomba kumpara sa pagpapatakbo ng screening completion lamang.
Para sa kamakailang instalasyon, isang solusyon na nakabatay sa gastos ang ipinakilala para sa paghihiwalay ng lugar sa pagitan ng wire mesh na hindi kinakalawang na asero at ng ESP. Isang cup packer na nakaharap pababa ang nakakabit sa itaas ng seksyon ng screen. Sa itaas ng cup packer, ang mga karagdagang butas sa gitnang tubo ay nagbibigay ng landas ng daloy para sa ginawang likido upang lumipat mula sa loob ng screen patungo sa annular space sa itaas ng packer, kung saan maaaring makapasok ang likido sa pasukan ng ESP.
Ang stainless steel wire mesh filter na napili para sa solusyong ito ay nag-aalok ng ilang bentahe kumpara sa mga uri ng gap-based 2D mesh. Ang mga 2D filter ay pangunahing umaasa sa mga particle na sumasaklaw sa mga filter gaps o slots upang bumuo ng mga sako ng buhangin at magbigay ng kontrol sa buhangin. Gayunpaman, dahil iisang gap value lamang ang maaaring mapili para sa screen, ang screen ay nagiging lubos na sensitibo sa distribusyon ng laki ng particle ng nalilikhang fluid.
Sa kabaligtaran, ang makapal na mesh bed ng mga stainless steel wire mesh filter ay nagbibigay ng mataas na porosity (92%) at malaking open flow area (40%) para sa nagawang wellbore fluid. Ang filter ay ginawa sa pamamagitan ng pag-compress ng stainless steel fleece mesh at pagbalot nito nang direkta sa paligid ng isang butas-butas na center tube, pagkatapos ay binabalot ito sa loob ng isang butas-butas na protective cover na hinang sa center tube sa bawat dulo. Ang distribusyon ng mga pores sa mesh bed, ang hindi pare-parehong angular orientation (mula 15 µm hanggang 600 µm) ay nagpapahintulot sa mga hindi nakakapinsalang pino na dumaloy sa isang 3D flow path patungo sa central tube pagkatapos ma-trap ang mas malalaki at mapaminsalang mga particle sa loob ng mesh. Ang sand retention testing sa mga specimen ng salaan na ito ay nagpakita na ang filter ay nagpapanatili ng mataas na permeability dahil ang fluid ay nabubuo sa pamamagitan ng salaan. Sa epektibo, ang single "size" filter na ito ay kayang hawakan ang lahat ng distribusyon ng laki ng particle ng mga nagawang fluid na nakatagpo. Ang stainless steel wool screen na ito ay binuo ng isang pangunahing operator noong 1980s partikular para sa mga self-contained screen completions sa mga steam stimulated reservoir at may malawak na track record ng matagumpay na mga instalasyon.
Ang valve assembly ay binubuo ng isang spring-loaded valve na nagpapahintulot sa one-way flow papunta sa tubing string mula sa production area. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng coil spring preload bago ang pag-install, maaaring i-customize ang balbula upang makamit ang ninanais na cracking pressure para sa aplikasyon. Kadalasan, ang isang balbula ay pinapatakbo sa ilalim ng stainless steel wire mesh upang magbigay ng pangalawang flow path sa pagitan ng reservoir at ng ESP. Sa ilang mga kaso, maraming balbula at stainless steel mesh ang gumagana nang sunud-sunod, kung saan ang gitnang balbula ay may mas mababang cracking pressure kaysa sa pinakamababang balbula.
Sa paglipas ng panahon, pinupuno ng mga particle ng pormasyon ang annular area sa pagitan ng panlabas na ibabaw ng screen ng assembly ng pump protector at ng dingding ng production casing. Habang napupuno ng buhangin ang cavity at nabubuo ang mga particle, tumataas ang pressure drop sa sandbag. Kapag ang pressure drop na ito ay umabot sa isang itinakdang halaga, bumubukas ang cone valve at nagbibigay-daan sa daloy nang direkta sa pump inlet. Sa yugtong ito, ang daloy sa tubo ay kayang basagin ang dating nabubuong buhangin sa labas ng screen filter. Dahil sa nabawasang pressure differential, magpapatuloy ang daloy sa screen at magsasara ang intake valve. Samakatuwid, makikita lamang ng bomba ang daloy nang direkta mula sa balbula sa loob ng maikling panahon. Pinapahaba nito ang buhay ng bomba, dahil ang karamihan sa daloy ay ang likidong sinala sa pamamagitan ng sand screen.
Ang sistema ng proteksyon ng bomba ay pinapatakbo gamit ang mga packer sa tatlong magkakaibang balon sa Delaware Basin sa Estados Unidos. Ang pangunahing layunin ay bawasan ang bilang ng mga pagsisimula at paghinto ng ESP dahil sa mga overload na may kaugnayan sa buhangin at dagdagan ang pagkakaroon ng ESP upang mapabuti ang produksyon. Ang sistema ng proteksyon ng bomba ay nakasabit mula sa ibabang dulo ng string ng ESP. Ang mga resulta ng balon ng langis ay nagpapakita ng matatag na pagganap ng bomba, nabawasang vibration at intensity ng kasalukuyang, at teknolohiya ng proteksyon ng bomba. Matapos i-install ang bagong sistema, ang downtime na may kaugnayan sa buhangin at mga solido ay nabawasan ng 75% at ang buhay ng bomba ay tumaas ng higit sa 22%.
Isang balon. Isang sistema ng ESP ang inilagay sa isang bagong balon ng pagbabarena at pag-fracturing sa Martin County, Texas. Ang patayong bahagi ng balon ay humigit-kumulang 9,000 talampakan at ang pahalang na bahagi ay umaabot sa 12,000 talampakan, sinukat na lalim (MD). Para sa unang dalawang pagkumpleto, isang downhole vortex sand separator system na may anim na liner connections ang inilagay bilang mahalagang bahagi ng pagkumpleto ng ESP. Para sa dalawang magkasunod na pag-install gamit ang parehong uri ng sand separator, naobserbahan ang hindi matatag na pag-uugali ng mga parameter ng pagpapatakbo ng ESP (intensity ng kasalukuyang at panginginig ng boses). Ang pagsusuri sa pag-disassemble ng hinila na yunit ng ESP ay nagsiwalat na ang vortex gas separator assembly ay barado ng mga banyagang bagay, na natukoy na buhangin dahil ito ay hindi magnetic at hindi kemikal na tumutugon sa acid.
Sa ikatlong instalasyon ng ESP, pinalitan ng stainless steel wire mesh ang sand separator bilang paraan ng pagkontrol ng buhangin ng ESP. Matapos i-install ang bagong sistema ng proteksyon ng bomba, nagpakita ang ESP ng mas matatag na pag-uugali, na binabawasan ang saklaw ng mga pagbabago-bago ng kuryente ng motor mula ~19 A para sa instalasyon #2 hanggang ~6.3 A para sa instalasyon #3. Mas matatag ang panginginig ng boses at ang trend ay nababawasan ng 75%. Ang pressure drop ay matatag din, napakaliit ng pagbabago kumpara sa nakaraang instalasyon at nakakuha ng karagdagang 100 psi ng pressure drop. Ang mga overload shutdown ng ESP ay nababawasan ng 100% at ang ESP ay gumagana nang may mababang panginginig ng boses.
Balon B. Sa isang balon malapit sa Eunice, New Mexico, isa pang hindi kinaugalian na balon ang may naka-install na ESP ngunit walang proteksyon sa bomba. Pagkatapos ng unang pagbaba ng boot, nagsimulang magpakita ang ESP ng pabago-bagong pag-uugali. Ang mga pagbabago-bago sa kuryente at presyon ay nauugnay sa mga pagtaas ng vibration. Matapos mapanatili ang mga kondisyong ito sa loob ng 137 araw, nabigo ang ESP at isang kapalit ang inilagay. Kasama sa pangalawang instalasyon ang isang bagong sistema ng proteksyon sa bomba na may parehong configuration ng ESP. Matapos ipagpatuloy ang produksyon ng balon, ang ESP ay gumagana nang normal, na may matatag na amperage at mas kaunting vibration. Sa panahon ng paglalathala, ang pangalawang pagpapatakbo ng ESP ay umabot na sa mahigit 300 araw ng operasyon, isang makabuluhang pagpapabuti kumpara sa nakaraang instalasyon.
Well C. Ang ikatlong on-site na pag-install ng sistema ay sa Mentone, Texas, ng isang espesyalidad na kumpanya ng langis at gas na nakaranas ng mga pagkawala ng kuryente at pagkabigo ng ESP dahil sa produksyon ng buhangin at nais na mapabuti ang oras ng pagpapatakbo ng bomba. Karaniwang gumagamit ang mga operator ng mga downhole sand separator na may liner sa bawat balon ng ESP. Gayunpaman, kapag napuno ng buhangin ang liner, papayagan ng separator ang buhangin na dumaloy sa seksyon ng bomba, na kinakalawang ang yugto ng bomba, mga bearings at shaft, na nagreresulta sa pagkawala ng lift. Matapos patakbuhin ang bagong sistema gamit ang pump protector, ang ESP ay may 22% na mas mahabang buhay ng pagpapatakbo na may mas matatag na pagbaba ng presyon at mas mahusay na oras ng pagpapatakbo na may kaugnayan sa ESP.
Ang bilang ng mga pagsasara na may kaugnayan sa buhangin at mga solido habang nasa operasyon ay bumaba ng 75%, mula sa 8 overload event sa unang instalasyon patungo sa dalawa sa pangalawang instalasyon, at ang bilang ng mga matagumpay na pag-restart pagkatapos ng overload shutdown ay tumaas ng 30%, mula sa 8 sa unang instalasyon. Isang kabuuang 12 event, para sa kabuuang 8 event, ang isinagawa sa pangalawang instalasyon, na nagbawas sa electrical stress sa kagamitan at nagpapataas sa operational life ng ESP.
Ipinapakita ng Figure 5 ang biglaang pagtaas sa intake pressure signature (asul) kapag ang stainless steel mesh ay nababara at ang valve assembly ay binuksan. Ang pressure signature na ito ay maaaring higit pang mapabuti ang kahusayan ng produksyon sa pamamagitan ng paghula sa mga pagkabigo ng ESP na may kaugnayan sa buhangin, kaya maaaring planuhin ang mga operasyon ng pagpapalit gamit ang mga workover rig.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Eksperimental na pagsusuri ng swirl tube bilang downhole desander device,” SPE Paper 94673-MS, na iniharap sa SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Rio de Janeiro, Brazil, Hunyo 20 – Pebrero 23, 2005.https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ang artikulong ito ay naglalaman ng mga elemento mula sa papel ng SPE 207926-MS, na iniharap sa Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference sa Abu Dhabi, UAE, noong Nobyembre 15-18, 2021.
Ang lahat ng mga materyales ay napapailalim sa mahigpit na ipinapatupad na mga batas sa karapatang-ari, pakibasa ang aming Mga Tuntunin at Kundisyon, Patakaran sa Cookies at Patakaran sa Pagkapribado bago gamitin ang site na ito.