Pompa koruma bileşenlerinin, pompaları kumdan koruduğu ve geleneksel olmayan kuyulardaki ESP'lerin çalışma ömrünü uzattığı kanıtlanmıştır. Bu çözüm, aşırı yüklenmelere ve duruşlara neden olabilecek kırık kumu ve diğer katıların geri akışını kontrol eder. Etkinleştirici teknoloji, parçacık boyutu dağılımı belirsizliğiyle ilişkili sorunları ortadan kaldırır.
Giderek daha fazla petrol kuyusu ESP'lere güvendiğinden, elektrikli dalgıç pompalama (ESP) sistemlerinin ömrünü uzatmak giderek daha önemli hale geliyor. Yapay kaldırma pompalarının çalışma ömrü ve performansı, üretilen sıvılardaki katılara karşı hassastır. ESP'nin çalışma ömrü ve performansı, katı parçacıkların artmasıyla önemli ölçüde azaldı. Ayrıca, katılar, ESP'yi değiştirmek için gereken kuyu duruş süresini ve çalışma sıklığını artırır.
Yapay kaldırma pompalarından sıklıkla akan katı parçacıklar arasında formasyon kumu, hidrolik kırılma destekleri, çimento ve aşınmış veya aşınmış metal parçacıkları bulunur. Katıları ayırmak için tasarlanmış sondaj deliği teknolojileri, düşük verimli siklonlardan yüksek verimli 3D paslanmaz çelik tel örgülere kadar uzanır. Sondaj deliği girdaplı kum ayırıcılar geleneksel kuyularda onlarca yıldır kullanılmaktadır ve esas olarak üretim sırasında pompaları büyük parçacıklardan korumak için kullanılırlar. Ancak, alışılmadık kuyular aralıklı slug akışına tabidir ve bu da mevcut sondaj deliği girdap ayırıcı teknolojisinin yalnızca aralıklı olarak çalışmasına neden olur.
ESP'leri korumak için çeşitli farklı kombine kum kontrol elekleri ve kuyu içi girdaplı kum ayırıcılar önerilmiştir. Ancak, her kuyunun ürettiği katıların boyut dağılımı ve hacmindeki belirsizlik nedeniyle tüm pompaların koruma ve üretim performansında boşluklar vardır. Belirsizlik, kum kontrol bileşenlerinin uzunluğunu artırarak ESP'nin ayarlanabileceği derinliği azaltır, ESP'nin rezervuar düşüş potansiyelini sınırlar ve kuyu ekonomisini olumsuz etkiler. Geleneksel olmayan kuyularda daha derin ayar derinlikleri tercih edilir. Ancak, yüksek dogleg şiddetindeki muhafaza bölümlerinde uzun, sert kum kontrol düzeneklerini askıya almak için kum ayırıcıların ve erkek tapalı çamur ankrajlarının kullanılması, ESP MTBF iyileştirmelerini sınırlamıştır. İç borunun korozyonu, bu tasarımın yeterince değerlendirilmemiş bir başka yönüdür.
2005 tarihli bir makalenin yazarları, siklon etkisine ve yerçekimine bağlı olan bir siklon tüpüne dayalı bir aşağı delik kum ayırıcısının deneysel sonuçlarını sundular (Şekil 1), ayırma verimliliğinin yağ viskozitesine, akış hızına ve parçacık boyutuna bağlı olduğunu gösterdiler. Ayırıcının verimliliğinin büyük ölçüde parçacıkların son hızına bağlı olduğunu gösterdiler. Ayırma verimliliği, azalan akış hızı, azalan katı parçacık boyutu ve artan yağ viskozitesiyle azalır, Şekil 2. Tipik bir siklon tüp aşağı delik ayırıcısı için, ayırma verimliliği parçacık boyutu ~100 µm'ye düştüğünde ~%10'a düşer. Ek olarak, akış hızı arttıkça, girdap ayırıcı erozyon aşınmasına maruz kalır ve bu da yapısal bileşenlerin kullanım ömrünü etkiler.
Bir sonraki mantıksal alternatif, tanımlanmış bir yuva genişliğine sahip 2 boyutlu bir kum kontrol eleği kullanmaktır. Partikül boyutu ve dağılımı, geleneksel veya geleneksel olmayan kuyu üretiminde katıları filtrelemek için elek seçerken önemli hususlardır, ancak bunlar bilinmiyor olabilir. Katılar rezervuardan gelebilir, ancak topuktan topuğa değişebilir; alternatif olarak, eleğin hidrolik kırılmadan gelen kumu filtrelemesi gerekebilir. Her iki durumda da, katıların toplanması, analizi ve test edilmesinin maliyeti engelleyici olabilir.
2D boru eleği düzgün bir şekilde yapılandırılmazsa, sonuçlar kuyunun ekonomisini tehlikeye atabilir. Çok küçük kum eleği açıklıkları erken tıkanıklıklara, kapanmalara ve düzeltici çalışmalara ihtiyaç duyulmasına neden olabilir. Çok büyüklerse, katıların üretim sürecine serbestçe girmesine izin verirler, bu da petrol borularını aşındırabilir, yapay kaldırma pompalarına zarar verebilir, yüzey tıkanıklıklarını temizleyebilir ve yüzey ayırıcılarını doldurabilir, kum püskürtme ve bertaraf gerektirebilir. Bu durum, pompanın ömrünü uzatabilen ve geniş bir kum boyutu dağılımını kapsayabilen basit ve uygun maliyetli bir çözüm gerektirir.
Bu ihtiyacı karşılamak için, oluşan katı madde dağılımına duyarsız paslanmaz çelik tel örgü ile birlikte vana tertibatlarının kullanımı üzerine bir çalışma yürütülmüştür. Çalışmalar, değişken gözenek boyutuna ve 3D yapıya sahip paslanmaz çelik tel örgünün, oluşan katı maddelerin parçacık boyut dağılımını bilmeden çeşitli boyutlardaki katı maddeleri etkili bir şekilde kontrol edebileceğini göstermiştir. 3D paslanmaz çelik tel örgü, ekstra ikincil filtrasyona ihtiyaç duymadan her boyuttaki kum tanelerini etkili bir şekilde kontrol edebilir.
Eleğin alt kısmına monte edilen bir valf tertibatı, ESP çekilene kadar üretimin devam etmesini sağlar. ESP'nin elek köprülendikten hemen sonra geri alınmasını önler. Ortaya çıkan giriş kum kontrol eleği ve valf tertibatı, sıvı akışını temizleyerek üretim sırasında ESP'leri, çubuk kaldırma pompalarını ve gaz kaldırma tamamlayıcılarını katılardan korur ve farklı durumlar için rezervuar özelliklerini uyarlamaya gerek kalmadan pompanın ömrünü uzatmak için uygun maliyetli bir çözüm sunar.
Birinci nesil pompa koruma tasarımı. Batı Kanada'da buhar destekli yerçekimi drenaj kuyusunda, üretim sırasında ESP'yi katılardan korumak için paslanmaz çelik yün elekler kullanan bir pompa koruma tertibatı yerleştirildi. Elekler, üretim sıvısı üretim dizisine girerken zararlı katıları filtreler. Üretim dizisi içinde, sıvılar ESP girişine akar ve burada yüzeye pompalanır. Üretim bölgesi ile üst kuyu deliği arasında bölgesel izolasyon sağlamak için elek ile ESP arasına paketleyiciler yerleştirilebilir.
Üretim süresi boyunca, elek ile muhafaza arasındaki halka şeklindeki boşluk kumla köprü oluşturma eğilimindedir ve bu da akış direncini artırır. Sonunda, halka şeklindeki boşluk tamamen köprü oluşturur, akışı durdurur ve Şekil 3'te gösterildiği gibi kuyu deliği ile üretim dizisi arasında bir basınç farkı yaratır. Bu noktada, sıvı artık ESP'ye akamaz ve tamamlama dizisi çekilmelidir. Katı üretimiyle ilgili bir dizi değişkene bağlı olarak, elek üzerindeki katı köprüden akışı durdurmak için gereken süre, ESP'nin katı yüklü sıvıyı zemine pompalamasına izin verecek süreden daha az olabilir, bu nedenle ikinci nesil bileşenler geliştirildi.
İkinci nesil pompa koruma tertibatı. PumpGuard* giriş kum kontrol eleği ve vana tertibatı sistemi, Şekil 4'te REDA* pompasının altına asılmıştır; bu, alışılmadık bir ESP tamamlama örneğidir. Kuyu üretime başladıktan sonra, elek üretimdeki katıları filtreler, ancak kumla yavaşça köprü oluşturmaya başlar ve bir basınç farkı yaratır. Bu diferansiyel basınç, vananın ayarlanan çatlama basıncına ulaştığında, vana açılır ve sıvının doğrudan boru dizisine ESP'ye akmasına izin verir. Bu akış, elek boyunca basınç farkını eşitler ve kum torbalarının eleğin dışındaki tutuşunu gevşetir. Kum, halkadan serbestçe çıkabilir, bu da elekten geçen akış direncini azaltır ve akışın devam etmesini sağlar. Diferansiyel basınç düştükçe, vana kapalı konumuna geri döner ve normal akış koşulları devam eder. ESP'yi servis için delikten çıkarmak gerekene kadar bu döngüyü tekrarlayın. Bu makalede vurgulanan vaka çalışmaları, sistemin yalnızca eleme tamamlamayı çalıştırmaya kıyasla pompanın ömrünü önemli ölçüde uzatabildiğini göstermektedir.
Son kurulum için, paslanmaz çelik tel örgü ile ESP arasındaki alan izolasyonu için maliyet odaklı bir çözüm tanıtıldı. Ekran bölümünün üzerine aşağı doğru bakan bir kap paketleyici monte edildi. Kap paketleyicinin üzerinde, ek merkez boru delikleri, üretilen sıvının ekranın içinden paketleyicinin üzerindeki halka şeklindeki boşluğa göç etmesi için bir akış yolu sağlar; burada sıvı ESP girişine girebilir.
Bu çözüm için seçilen paslanmaz çelik tel örgü filtre, boşluk bazlı 2D örgü tiplerine göre çeşitli avantajlar sunar. 2D filtreler, kum torbaları oluşturmak ve kum kontrolü sağlamak için öncelikle filtre boşluklarını veya yuvalarını kaplayan parçacıklara güvenir. Ancak, elek için yalnızca tek bir boşluk değeri seçilebildiğinden, elek üretilen sıvının parçacık boyut dağılımına karşı oldukça hassas hale gelir.
Bunun aksine, paslanmaz çelik tel örgü filtrelerin kalın gözenekli yatağı, üretilen kuyu sıvısı için yüksek gözeneklilik (%92) ve geniş açık akış alanı (%40) sağlar. Filtre, paslanmaz çelik bir polar ağın sıkıştırılması ve doğrudan delikli bir merkez tüpünün etrafına sarılması ve ardından her iki ucundan merkez tüpe kaynaklanmış delikli bir koruyucu örtü içine kapsüllenmesiyle oluşturulur. Gözeneklerin gözenek yatağındaki dağılımı, düzensiz açısal yönelim (15 µm ila 600 µm arasında değişir), daha büyük ve zararlı parçacıklar ağın içinde yakalandıktan sonra zararsız ince parçacıkların 3 boyutlu bir akış yolu boyunca merkezi tüpe doğru akmasına izin verir. Bu elek numuneleri üzerinde yapılan kum tutma testi, sıvının elekten üretilmesi nedeniyle filtrenin yüksek geçirgenliğini koruduğunu göstermiştir. Etkili bir şekilde, bu tek "boyut" filtresi karşılaşılan üretilen sıvıların tüm parçacık boyutu dağılımlarını işleyebilir. Bu paslanmaz çelik yün elek, 1980'lerde özellikle kendi kendine yeten elek tamamlamaları için önemli bir operatör tarafından geliştirilmiştir. buharla çalışan rezervuarlarda başarılı kurulumlar konusunda geniş bir geçmişe sahiptir.
Vana düzeneği, üretim alanından boru dizisine tek yönlü akış sağlayan yaylı bir vanadan oluşur. Montajdan önce bobin yay ön yükünü ayarlayarak vana, uygulama için istenen çatlama basıncını elde edecek şekilde özelleştirilebilir. Tipik olarak, bir vana, rezervuar ve ESP arasında ikincil bir akış yolu sağlamak için paslanmaz çelik tel örgünün altından geçirilir. Bazı durumlarda, birden fazla vana ve paslanmaz çelik örgü seri olarak çalışır ve orta vana, en alttaki vanadan daha düşük çatlama basıncına sahiptir.
Zamanla, oluşum parçacıkları pompa koruyucu tertibatı eleğinin dış yüzeyi ile üretim gövdesinin duvarı arasındaki halka alanı doldurur. Boşluk kumla doldukça ve parçacıklar birleştikçe, kum torbası boyunca basınç düşüşü artar. Bu basınç düşüşü önceden ayarlanmış bir değere ulaştığında, koni valf açılır ve doğrudan pompa girişinden akışa izin verir. Bu aşamada, borudan geçen akış, daha önce birleşmiş kumu elek filtresinin dış kısmı boyunca parçalayabilir. Azalmış basınç farkı nedeniyle, akış elekten geçmeye devam edecek ve giriş valfi kapanacaktır. Bu nedenle, pompa akışı valften yalnızca kısa bir süre doğrudan görebilir. Bu, akışın çoğu kum eleğinden filtrelenen sıvı olduğundan pompanın ömrünü uzatır.
Pompa koruma sistemi, ABD'deki Delaware Havzası'ndaki üç farklı kuyuda paketleyicilerle çalıştırıldı. Ana hedef, kumla ilgili 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 kuyusunun sonuçları, istikrarlı pompa performansı, azaltılmış titreşim ve akım yoğunluğu ve pompa koruma teknolojisini göstermektedir. Yeni sistem kurulduktan sonra, kum ve katılarla ilgili duruş süresi %75 oranında azaldı ve pompa ömrü %22'den fazla arttı.
Bir kuyu. Bir ESP sistemi, Teksas, Martin County'deki yeni bir sondaj ve çatlatma kuyusuna kuruldu. Kuyunun dikey kısmı yaklaşık 9.000 fittir ve yatay kısmı ölçülen derinlik (MD) olan 12.000 fit'e kadar uzanır. İlk iki tamamlama için, altı astar bağlantısı olan bir kuyu içi girdap kum ayırıcı sistemi, ESP tamamlanmasının ayrılmaz bir parçası olarak kuruldu. Aynı tip kum ayırıcının kullanıldığı iki ardışık kurulum için, ESP çalışma parametrelerinin (akım yoğunluğu ve titreşim) dengesiz davranışı gözlemlendi. Çekilen ESP ünitesinin sökme analizi, girdap gaz ayırıcı tertibatının yabancı maddelerle tıkandığını ortaya koydu; bu yabancı maddelerin manyetik olmadığı ve asitle kimyasal reaksiyona girmediği için kum olduğu belirlendi.
Üçüncü ESP kurulumunda, ESP kum kontrolü amacıyla kum ayırıcının yerini paslanmaz çelik tel örgü aldı. Yeni pompa koruma sistemi kurulduktan sonra, ESP daha kararlı bir davranış sergiledi ve motor akımı dalgalanmalarının aralığını kurulum #2 için ~19 A'dan kurulum #3 için ~6,3 A'ya düşürdü. Titreşim daha kararlı ve eğilim %75 oranında azaldı. Basınç düşüşü de kararlıydı, önceki kuruluma kıyasla çok az dalgalandı ve ek olarak 100 psi basınç düşüşü kazandı. ESP aşırı yük kapatmaları %100 oranında azaldı ve ESP düşük titreşimle çalışıyor.
Kuyu B. New Mexico, Eunice yakınlarındaki bir kuyuda, başka bir alışılmadık kuyuda ESP takılıydı ancak pompa koruması yoktu. İlk önyükleme düşüşünden sonra, ESP düzensiz davranışlar sergilemeye başladı. Akım ve basınçtaki dalgalanmalar titreşim artışlarıyla ilişkilidir. Bu koşulları 137 gün boyunca koruduktan sonra, ESP arızalandı ve yenisi takıldı. İkinci kurulum, aynı ESP yapılandırmasına sahip yeni bir pompa koruma sistemi içeriyor. Kuyu üretime devam ettikten sonra, ESP normal şekilde çalışıyordu, sabit amperaj ve daha az titreşim vardı. Yayınlandığı sırada, ESP'nin ikinci çalışması 300 günden fazla çalışma gününe ulaşmıştı, bu önceki kuruluma göre önemli bir gelişmeydi.
Kuyu C. Sistemin üçüncü yerinde kurulumu, kum üretimi nedeniyle kesintiler ve ESP arızaları yaşayan ve pompa çalışma süresini iyileştirmek isteyen bir petrol ve gaz uzman şirketi tarafından Teksas, Mentone'da gerçekleştirildi. Operatörler genellikle her bir ESP kuyusunda astarlı kuyu içi kum ayırıcıları çalıştırır. Ancak astar kumla dolduğunda ayırıcı, kumun pompa bölümünden akmasına izin vererek pompa aşamasını, yatakları ve şaftı aşındırır ve bunun sonucunda kaldırma kuvveti kaybı yaşanır. Yeni sistemi pompa koruyucusuyla çalıştırdıktan sonra, ESP daha kararlı bir basınç düşüşü ve daha iyi ESP ile ilgili çalışma süresiyle %22 daha uzun bir çalışma ömrüne sahip olur.
Çalışma sırasında kum ve katılarla ilgili kapanmaların sayısı, ilk kurulumdaki 8 aşırı yük olayından ikinci kurulumdaki 2'ye düşerek %75 oranında azaldı ve aşırı yük kapanmasından sonra başarılı yeniden başlatma sayısı, ilk kurulumdaki 8'den %30 oranında arttı. İkincil kurulumda toplam 12 olay, toplam 8 olay gerçekleştirilerek ekipmandaki elektriksel stres azaltıldı ve ESP'nin çalışma ömrü uzatıldı.
Şekil 5, paslanmaz çelik ağ bloke edildiğinde ve valf tertibatı açıldığında emme basınç imzasındaki (mavi) ani artışı göstermektedir. Bu basınç imzası, kumla ilgili ESP arızalarını tahmin ederek üretim verimliliğini daha da artırabilir, böylece workover kuleleriyle değiştirme operasyonları planlanabilir.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Downhole kum ayırıcı cihaz olarak girdap tüpünün deneysel analizi,” SPE Makalesi 94673-MS, SPE Latin Amerika ve Karayipler 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 tarihleri ​​arasında BAE, Abu Dabi'de düzenlenen Abu Dabi Uluslararası Petrol Fuarı ve Konferansı'nda sunulan 207926-MS sayılı SPE makalesinden öğeler içermektedir.
Tüm materyaller sıkı bir şekilde uygulanan telif hakkı yasalarına tabidir, lütfen bu siteyi kullanmadan önce Şartlar ve Koşullarımızı, Çerez Politikamızı ve Gizlilik Politikamızı okuyun.