Pompa koruma bileşenlerinin, pompaları kumdan koruduğu ve geleneksel olmayan kuyulardaki ESP'lerin çalışma ömrünü uzattığı kanıtlanmıştır. Bu çözüm, aşırı yüklenmelere ve arıza sürelerine neden olabilecek kırma kumu ve diğer katı maddelerin geri akışını kontrol eder. Bu teknoloji, parçacık boyutu dağılımındaki belirsizlikle ilgili sorunları ortadan kaldırır.
Giderek daha fazla petrol kuyusu ESP'lere (elektrikli dalgıç pompa) bağımlı hale geldikçe, ESP sistemlerinin ömrünü uzatmak giderek daha önemli hale geliyor. Yapay kaldırma pompalarının çalışma ömrü ve performansı, üretilen sıvılardaki katı maddelere karşı hassastır. Katı parçacık miktarındaki artışla birlikte ESP'nin çalışma ömrü ve performansı önemli ölçüde azalır. Ayrıca, katı maddeler kuyu duruş süresini ve ESP'nin değiştirilmesi için gereken bakım sıklığını artırır.
Yapay kaldırma pompalarından sıklıkla geçen katı parçacıklar arasında formasyon kumu, hidrolik kırılma destekleyicileri, çimento ve aşınmış veya korozyona uğramış metal parçacıkları bulunur. Katıları ayırmak için tasarlanmış kuyu içi teknolojileri, düşük verimli siklonlardan yüksek verimli 3 boyutlu paslanmaz çelik tel örgüye kadar çeşitlilik gösterir. Kuyu içi girdap ayırıcılar, on yıllardır geleneksel kuyularda kullanılmaktadır ve esas olarak üretim sırasında pompaları büyük parçacıklardan korumak için kullanılırlar. Bununla birlikte, geleneksel olmayan kuyular aralıklı akışa maruz kalır, bu da mevcut kuyu içi girdap ayırıcı teknolojisinin yalnızca aralıklı olarak çalışmasına neden olur.
ESP'leri korumak için kum kontrol elekleri ve kuyu içi girdaplı kum ayırıcıların birleştirilmiş çeşitli varyantları önerilmiştir. Bununla birlikte, her kuyunun ürettiği katı maddelerin boyut dağılımı ve hacmindeki belirsizlik nedeniyle tüm pompaların koruma ve üretim performansında boşluklar bulunmaktadır. Belirsizlik, kum kontrol bileşenlerinin uzunluğunu artırarak ESP'nin yerleştirilebileceği derinliği azaltır, ESP'nin rezervuar düşüş potansiyelini sınırlar ve kuyu ekonomisini olumsuz etkiler. Geleneksel olmayan kuyularda daha derin yerleştirme derinlikleri tercih edilir. Bununla birlikte, yüksek dogleg şiddetine sahip muhafaza bölümlerinde uzun, sert kum kontrol tertibatlarını askıya almak için kum ayırıcıların ve erkek tıkaçlı çamur ankrajlarının kullanılması, ESP MTBF iyileştirmelerini sınırlamıştır. İç borunun korozyonu, bu tasarımın yeterince değerlendirilmemiş bir diğer yönüdür.
2005 yılında yayınlanan bir makalenin yazarları, siklon etkisi ve yerçekimine dayalı bir siklon tüpüne (Şekil 1) dayalı bir kuyu içi kum ayırıcısının deneysel sonuçlarını sunarak, ayırma verimliliğinin petrol viskozitesine, akış hızına ve parçacık boyutuna bağlı olduğunu göstermişlerdir. Ayırıcının verimliliğinin büyük ölçüde parçacıkların son hızına bağlı olduğunu göstermişlerdir. Ayırma verimliliği, azalan akış hızı, azalan katı parçacık boyutu ve artan petrol viskozitesiyle azalmaktadır (Şekil 2). Tipik bir siklon tüpü kuyu içi ayırıcısı için, parçacık boyutu ~100 µm'ye düştüğünde ayırma verimliliği ~%10'a düşmektedir. Ayrıca, akış hızı arttıkça, girdap ayırıcısı aşınmaya maruz kalır ve bu da yapısal bileşenlerin kullanım ömrünü etkiler.
Bir sonraki mantıklı alternatif, tanımlanmış bir yarık genişliğine sahip 2 boyutlu bir kum kontrol eleği kullanmaktır. Partikül boyutu ve dağılımı, geleneksel veya geleneksel olmayan kuyu üretiminde katı maddeleri filtrelemek için elek seçerken önemli hususlardır, ancak bunlar bilinmeyebilir. Katı maddeler rezervuardan gelebilir, ancak topuktan topuğa değişebilir; alternatif olarak, eleğin hidrolik kırılmadan kaynaklanan kumu filtrelemesi gerekebilir. Her iki durumda da, katı madde toplama, analiz ve test maliyetleri çok yüksek olabilir.
2D boru eleği düzgün yapılandırılmadığında, sonuçlar kuyunun ekonomik verimliliğini tehlikeye atabilir. Çok küçük kum eleği açıklıkları, erken tıkanmaya, kapanmalara ve onarıcı bakım çalışmalarına ihtiyaç duyulmasına neden olabilir. Çok büyük olmaları durumunda ise katı maddelerin üretim sürecine serbestçe girmesine izin verirler; bu da petrol borularını aşındırabilir, yapay kaldırma pompalarına zarar verebilir, yüzey kısma vanalarını temizleyebilir ve yüzey ayırıcılarını doldurarak kumlama ve bertaraf gerektirebilir. Bu durum, pompanın ömrünü uzatabilecek ve geniş bir kum boyutu yelpazesini kapsayabilecek basit ve uygun maliyetli bir çözüm gerektirir.
Bu ihtiyacı karşılamak için, ortaya çıkan katı madde dağılımına duyarsız olan paslanmaz çelik tel örgü ile birlikte valf tertibatlarının kullanımı üzerine bir çalışma yapılmıştır. Çalışmalar, değişken gözenek boyutuna ve 3 boyutlu yapıya sahip paslanmaz çelik tel örgünün, ortaya çıkan katı maddelerin parçacık boyutu dağılımını bilmeden çeşitli boyutlardaki katı maddeleri etkili bir şekilde kontrol edebildiğini göstermiştir. 3 boyutlu paslanmaz çelik tel örgü, ek ikincil filtrelemeye gerek kalmadan her boyuttaki kum tanelerini etkili bir şekilde kontrol edebilir.
Ekranın altına monte edilmiş bir valf tertibatı, ESP çıkarılana kadar üretimin devam etmesini sağlar. Ekran köprülendikten hemen sonra ESP'nin geri alınmasını önler. Ortaya çıkan giriş kum kontrol ekranı ve valf tertibatı, sıvı akışını temizleyerek üretim sırasında ESP'leri, pistonlu kaldırma pompalarını ve gaz kaldırma tamamlama sistemlerini katı maddelerden korur ve farklı durumlar için rezervuar özelliklerini uyarlamaya gerek kalmadan pompa ömrünü uzatmak için uygun maliyetli bir çözüm sunar.
Birinci nesil pompa koruma tasarımı. Batı Kanada'da buhar destekli yerçekimi drenajlı bir kuyuda, üretim sırasında ESP'yi katı maddelerden korumak için paslanmaz çelik yün elekler kullanan bir pompa koruma düzeneği kullanıldı. Elekler, üretim sıvısı üretim hattına girerken zararlı katı maddeleri filtreler. Üretim hattı içinde sıvılar, yüzeye pompalanmak üzere ESP girişine akar. Üretim bölgesi ile üst kuyu deliği arasında bölgesel izolasyon sağlamak için elek ile ESP arasına paketleyiciler yerleştirilebilir.
Üretim süresi boyunca, elek ile kuyu borusu arasındaki halka şeklindeki boşluk kumla dolmaya başlar ve bu da akış direncini artırır. Sonunda, halka tamamen dolar, akış durur ve Şekil 3'te gösterildiği gibi kuyu deliği ile üretim borusu arasında bir basınç farkı oluşur. Bu noktada, sıvı artık ESP'ye akamaz ve tamamlama borusu çekilmelidir. Katı madde üretimiyle ilgili bir dizi değişkene bağlı olarak, elek üzerindeki katı madde köprüsünden akışı durdurmak için gereken süre, ESP'nin katı madde yüklü sıvıyı zemine pompalamasına izin verecek süreden daha kısa olabilir; bu nedenle ikinci nesil bileşenler geliştirilmiştir.
İkinci nesil pompa koruma tertibatı. Şekil 4'te, alışılmadık bir ESP tamamlama örneği olan REDA* pompasının altında asılı duran PumpGuard* giriş kum kontrol eleği ve vana tertibatı sistemi. Kuyu üretime başladığında, elek üretimdeki katı maddeleri filtreler, ancak kumla yavaşça köprü oluşturmaya ve bir basınç farkı yaratmaya başlar. Bu basınç farkı vananın ayarlanmış açma basıncına ulaştığında, vana açılır ve sıvının doğrudan ESP'ye giden boru hattına akmasına izin verir. Bu akış, elek boyunca basınç farkını eşitler ve eleğin dışındaki kum torbalarının tutuşunu gevşetir. Kum, halka boşluğundan dışarı çıkabilir, bu da elekten geçen akış direncini azaltır ve akışın devam etmesini sağlar. Basınç farkı düştükçe, vana kapalı konumuna döner ve normal akış koşulları devam eder. ESP'nin bakım için kuyudan çıkarılması gerekene kadar bu döngü tekrarlanır. Bu makalede vurgulanan vaka çalışmaları, sistemin, yalnızca elek tamamlama yöntemine kıyasla pompanın ömrünü önemli ölçüde uzatabildiğini göstermektedir.
Son kurulumda, paslanmaz çelik tel örgü ile ESP arasında alan izolasyonu için maliyet odaklı bir çözüm uygulandı. Elek bölümünün üzerine aşağıya doğru bakan bir kap tipi paketleyici monte edildi. Kap tipi paketleyicinin üzerinde, ek merkez tüp delikleri, üretilen sıvının eleğin içinden paketleyicinin üzerindeki halka şeklindeki boşluğa doğru akması için bir akış yolu sağlar; burada sıvı ESP girişine girebilir.
Bu çözüm için seçilen paslanmaz çelik tel örgü filtre, boşluk tabanlı 2 boyutlu ağ tiplerine göre çeşitli avantajlar sunmaktadır. 2 boyutlu filtreler, kum torbaları oluşturmak ve kum kontrolü sağlamak için öncelikle filtre boşluklarını veya yuvalarını kaplayan parçacıklara dayanır. Bununla birlikte, elek için yalnızca tek bir boşluk değeri seçilebildiğinden, elek üretilen sıvının parçacık boyutu dağılımına karşı oldukça hassas hale gelir.
Buna karşılık, kalın paslanmaz çelik tel örgü filtre yatağı, üretilen kuyu içi sıvısı için yüksek gözeneklilik (%92) ve geniş açık akış alanı (%40) sağlar. Filtre, paslanmaz çelik keçe ağının sıkıştırılması ve doğrudan delikli bir merkez borunun etrafına sarılmasıyla oluşturulur, ardından her iki ucunda merkez boruya kaynaklanmış delikli bir koruyucu kapak içine yerleştirilir. Örgü yatağındaki gözeneklerin dağılımı, düzensiz açısal yönelim (15 µm ile 600 µm arasında değişen), daha büyük ve zararlı parçacıklar örgü içinde hapsolduktan sonra zararsız ince parçacıkların 3 boyutlu bir akış yolu boyunca merkez boruya doğru akmasına olanak tanır. Bu eleğin numuneleri üzerinde yapılan kum tutma testleri, sıvının elek içinden üretilmesi nedeniyle filtrenin yüksek geçirgenliği koruduğunu göstermiştir. Etkili bir şekilde, bu tek "boyutlu" filtre, karşılaşılan üretilen sıvıların tüm parçacık boyutu dağılımlarını işleyebilir. Bu paslanmaz çelik yün elek, 1980'lerde büyük bir operatör tarafından özellikle buharla çalışan kuyularda kendi kendine yeten elek tamamlama sistemleri için geliştirilmiştir. Uyarılmış rezervuarlar konusunda uzmanlaşmış olup, başarılı kurulumlar konusunda kapsamlı bir geçmişe sahiptir.
Valf tertibatı, üretim alanından boru hattına tek yönlü akış sağlayan yaylı bir valften oluşur. Kurulumdan önce yay ön yüklemesi ayarlanarak, valf, uygulama için istenen çatlama basıncını elde edecek şekilde özelleştirilebilir. Tipik olarak, rezervuar ile ESP arasında ikincil bir akış yolu sağlamak için paslanmaz çelik tel örgünün altına bir valf yerleştirilir. Bazı durumlarda, birden fazla valf ve paslanmaz çelik örgü seri olarak çalışır ve ortadaki valfin çatlama basıncı en alttaki valften daha düşüktür.
Zamanla, oluşum parçacıkları, pompa koruma tertibatı eleğinin dış yüzeyi ile üretim muhafazasının duvarı arasındaki halka şeklindeki alanı doldurur. Boşluk kumla dolup parçacıklar sıkıştıkça, kum torbası boyunca basınç düşüşü artar. Bu basınç düşüşü önceden belirlenmiş bir değere ulaştığında, konik vana açılır ve pompanın girişinden doğrudan akışa izin verir. Bu aşamada, borudan geçen akış, elek filtresinin dış yüzeyinde daha önce sıkışmış olan kumu parçalayabilir. Azalan basınç farkı nedeniyle, akış elekten tekrar geçecek ve giriş vanası kapanacaktır. Bu nedenle, pompa akışı doğrudan vanadan yalnızca kısa bir süre görebilir. Bu, pompanın ömrünü uzatır, çünkü akışın çoğu kum eleğinden filtrelenmiş sıvıdır.
Pompa koruma sistemi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Delaware Havzası'nda bulunan üç farklı kuyuda paketleyicilerle birlikte çalıştırıldı. Ana amaç, kum kaynaklı aşırı yüklenmelerden kaynaklanan ESP başlatma ve durdurma sayısını azaltmak ve üretimi iyileştirmek için ESP kullanılabilirliğini artırmaktır. Pompa koruma sistemi, ESP dizisinin alt ucundan askıya alınmıştır. Petrol kuyusundaki sonuçlar, istikrarlı pompa performansı, azaltılmış titreşim ve akım yoğunluğu ve pompa koruma teknolojisini göstermektedir. Yeni sistemin kurulumundan sonra, kum ve katı madde kaynaklı arıza süreleri %75 oranında azalmış ve pompa ömrü %22'den fazla artmıştır.
Teksas, Martin County'de yeni bir sondaj ve çatlatma kuyusuna bir ESP sistemi kuruldu. Kuyunun dikey kısmı yaklaşık 9.000 feet, yatay kısmı ise 12.000 feet ölçülen derinliğe kadar uzanmaktadır. İlk iki tamamlama işleminde, ESP tamamlama işleminin ayrılmaz bir parçası olarak altı astar bağlantılı bir kuyu içi girdap kum ayırıcı sistemi kuruldu. Aynı tip kum ayırıcının kullanıldığı iki ardışık kurulumda, ESP çalışma parametrelerinin (akım yoğunluğu ve titreşim) kararsız davranışı gözlemlendi. Sökülen ESP ünitesinin sökülme analizi, girdap gaz ayırıcı düzeneğinin yabancı maddeyle tıkandığını ortaya çıkardı; bu maddenin manyetik olmaması ve asitle kimyasal olarak reaksiyona girmemesi nedeniyle kum olduğu belirlendi.
Üçüncü ESP kurulumunda, ESP kum kontrolü yöntemi olarak kum ayırıcı yerine paslanmaz çelik tel örgü kullanıldı. Yeni pompa koruma sistemi kurulduktan sonra, ESP daha istikrarlı bir davranış sergiledi ve motor akımındaki dalgalanma aralığı 2. kurulum için ~19 A'dan 3. kurulum için ~6,3 A'ya düştü. Titreşim daha istikrarlı hale geldi ve eğilim %75 oranında azaldı. Basınç düşüşü de istikrarlıydı, önceki kuruluma kıyasla çok az dalgalanma gösterdi ve 100 psi'lik ek bir basınç düşüşü elde edildi. ESP aşırı yük kapanmaları %100 oranında azaldı ve ESP düşük titreşimle çalışıyor.
B Kuyusu. New Mexico, Eunice yakınlarındaki bir kuyuda, ESP (Elektrikli Damperli Pompa) takılı ancak pompa koruma sistemi yoktu. İlk çalıştırma sonrasında, ESP düzensiz davranışlar sergilemeye başladı. Akım ve basınçtaki dalgalanmalar titreşim artışlarıyla ilişkilendirildi. Bu koşullar 137 gün boyunca korunduktan sonra, ESP arızalandı ve yerine yenisi takıldı. İkinci kurulum, aynı ESP konfigürasyonuna sahip yeni bir pompa koruma sistemi içeriyor. Kuyu üretime yeniden başladıktan sonra, ESP normal şekilde çalışıyor, akım sabit kalıyor ve titreşim azalıyor. Yayınlandığı sırada, ikinci ESP kurulumu 300 günden fazla çalışma süresine ulaşmış olup, önceki kuruluma göre önemli bir iyileşme göstermiştir.
Kuyu C. Sistemin üçüncü saha kurulumu, kum üretimi nedeniyle arızalar ve ESP sorunları yaşayan ve pompa çalışma süresini iyileştirmek isteyen bir petrol ve doğalgaz uzmanlık şirketi tarafından Teksas, Mentone'de gerçekleştirildi. Operatörler genellikle her ESP kuyusunda astarlı kuyu içi kum ayırıcıları kullanırlar. Ancak, astar kumla dolduğunda, ayırıcı kumun pompa bölümünden akmasına izin vererek pompa kademesini, yatakları ve şaftı aşındırır ve kaldırma kaybına neden olur. Pompa koruyuculu yeni sistem çalıştırıldıktan sonra, ESP'nin çalışma ömrü %22 daha uzun, basınç düşüşü daha istikrarlı ve ESP ile ilgili çalışma süresi daha iyidir.
Çalışma sırasında kum ve katı madde kaynaklı arızaların sayısı %75 azalarak ilk kurulumdaki 8 aşırı yüklenme olayından ikinci kurulumda ikiye düştü ve aşırı yüklenme nedeniyle kapanmanın ardından başarılı yeniden başlatma sayısı %30 artarak ilk kurulumdaki 8'den ikinci kuruluma yükseldi. İkinci kurulumda toplam 8 olay için 12 olay gerçekleştirildi, bu da ekipman üzerindeki elektriksel stresi azalttı ve elektrostatik çöktürücünün çalışma ömrünü uzattı.
Şekil 5, paslanmaz çelik ağ tıkandığında ve valf tertibatı açıldığında giriş basıncı sinyalindeki (mavi) ani artışı göstermektedir. Bu basınç sinyali, kumla ilgili ESP arızalarını tahmin ederek üretim verimliliğini daha da artırabilir, böylece bakım ve onarım işlemleri planlanabilir.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Derin kuyu içi kum ayırıcı cihaz olarak girdap tüpünün deneysel analizi,” SPE Bildirisi 94673-MS, SPE Latin Amerika ve Karayip Petrol Mühendisliği Konferansı'nda sunulmuştur, Rio de Janeiro, Brezilya, 20 Haziran – 23 Şubat 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Bu makale, 15-18 Kasım 2021 tarihlerinde Birleşik Arap Emirlikleri'nin Abu Dabi kentinde düzenlenen Abu Dabi Uluslararası Petrol Sergisi ve Konferansı'nda sunulan SPE 207926-MS numaralı bildiriden unsurlar içermektedir.
Tüm materyaller, sıkı bir şekilde uygulanan telif hakkı yasalarına tabidir. Lütfen bu siteyi kullanmadan önce Kullanım Şartlarımızı, Çerez Politikamızı ve Gizlilik Politikamızı okuyun.