Nasos himoya komponentlari nasoslarni qumdan himoya qilishi va noan'anaviy quduqlarda ESPlarning ishlash muddatini uzaytirishi isbotlangan. Ushbu yechim ortiqcha yuklanish va ishlamay qolishga olib kelishi mumkin bo'lgan frak qumi va boshqa qattiq moddalarning teskari oqimini nazorat qiladi. Ushbu texnologiya zarrachalar hajmining taqsimlanishidagi noaniqlik bilan bog'liq muammolarni bartaraf etadi.
Neft quduqlari tobora ko'proq ESPlarga tayanib kelayotganligi sababli, elektr suv osti nasos (ESP) tizimlarining ishlash muddatini uzaytirish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Sun'iy ko'tarish nasoslarining ishlash muddati va ishlashi ishlab chiqarilgan suyuqliklardagi qattiq moddalarga sezgir. ESPning ishlash muddati va ishlashi qattiq zarrachalarning ko'payishi bilan sezilarli darajada kamaydi. Bundan tashqari, qattiq moddalar ESPni almashtirish uchun zarur bo'lgan quduqning ishlamay qolish vaqtini va ta'mirlash chastotasini oshiradi.
Ko'pincha sun'iy ko'tarish nasoslari orqali oqib o'tadigan qattiq zarrachalar tarkibiga hosil bo'lish qumi, gidravlik sinish proppantlari, tsement va eroziyalangan yoki korroziyaga uchragan metall zarralari kiradi. Qattiq moddalarni ajratish uchun mo'ljallangan quduq osti texnologiyalari past samarali siklonlardan tortib yuqori samarali 3D zanglamaydigan po'lat simli to'rlargacha bo'lgan diapazonni qamrab oladi. Quduq osti girdobli desanderlari an'anaviy quduqlarda o'nlab yillar davomida qo'llanilgan va ular asosan ishlab chiqarish jarayonida nasoslarni yirik zarrachalardan himoya qilish uchun ishlatiladi. Biroq, noan'anaviy quduqlar vaqti-vaqti bilan shlak oqimiga duchor bo'ladi, bu esa mavjud quduq osti girdobli ajratuvchi texnologiyasining faqat vaqti-vaqti bilan ishlashiga olib keladi.
ESPlarni himoya qilish uchun birlashtirilgan qumni nazorat qilish ekranlari va quduq osti girdobli desanderlarining bir nechta turli xil variantlari taklif qilingan. Biroq, har bir quduq tomonidan ishlab chiqarilgan qattiq moddalarning o'lcham taqsimoti va hajmidagi noaniqlik tufayli barcha nasoslarning himoyasi va ishlab chiqarish ko'rsatkichlarida kamchiliklar mavjud. Noaniqlik qumni nazorat qilish komponentlarining uzunligini oshiradi, shu bilan ESP o'rnatilishi mumkin bo'lgan chuqurlikni kamaytiradi, ESP ning rezervuar pasayishi potentsialini cheklaydi va quduq iqtisodiyotiga salbiy ta'sir ko'rsatadi. An'anaviy bo'lmagan quduqlarda chuqurroq o'rnatish chuqurliklari afzalroq. Biroq, yuqori dogleg jiddiyligi cheklangan ESP MTBF yaxshilanishlariga ega korpus qismlarida uzun, qattiq qumni nazorat qilish moslamalarini osib qo'yish uchun desanderlar va erkak tiqinli loy langarlaridan foydalanish. Ichki trubaning korroziyasi bu dizaynning yetarlicha baholanmagan yana bir jihatidir.
2005-yilda chop etilgan maqola mualliflari siklon naychasiga asoslangan quduq osti qum ajratgichining eksperimental natijalarini taqdim etdilar (1-rasm), bu siklon ta'siriga va tortishish kuchiga bog'liq bo'lib, ajratish samaradorligi moyning yopishqoqligi, oqim tezligi va zarrachalar hajmiga bog'liqligini ko'rsatdi. Ular ajratgichning samaradorligi ko'p jihatdan zarrachalarning terminal tezligiga bog'liqligini ko'rsatmoqda. Ajratish samaradorligi oqim tezligining pasayishi, qattiq zarrachalar hajmining pasayishi va moyning yopishqoqligining ortishi bilan pasayadi, 2-rasm. Odatdagi siklon naychasi quduq osti ajratgichi uchun ajratish samaradorligi zarrachalar hajmi ~100 µm gacha pasayishi bilan ~10% gacha pasayadi. Bundan tashqari, oqim tezligi oshgani sayin, girdobli ajratgich eroziya aşınmasına uchraydi, bu esa strukturaviy komponentlarning ishlash muddatiga ta'sir qiladi.
Keyingi mantiqiy alternativa - belgilangan tirqish kengligiga ega 2D qumni boshqarish ekranidan foydalanish. An'anaviy yoki noan'anaviy quduq qazib olishda qattiq moddalarni filtrlash uchun ekranlarni tanlashda zarrachalar hajmi va tarqalishi muhim ahamiyatga ega, ammo ular noma'lum bo'lishi mumkin. Qattiq moddalar rezervuardan kelishi mumkin, ammo ular poshnadan poshnaga farq qilishi mumkin; muqobil ravishda, ekran gidravlik sinish natijasida qumni filtrlashi kerak bo'lishi mumkin. Ikkala holatda ham qattiq moddalarni yig'ish, tahlil qilish va sinovdan o'tkazish xarajatlari juda yuqori bo'lishi mumkin.
Agar 2D naychali ekran to'g'ri sozlanmagan bo'lsa, natijalar quduqning iqtisodiyotiga putur etkazishi mumkin. Juda kichik qum ekranli teshiklar muddatidan oldin tiqilib qolishiga, o'chirilishiga va ta'mirlash ishlarini talab qilishga olib kelishi mumkin. Agar ular juda katta bo'lsa, ular qattiq moddalarning ishlab chiqarish jarayoniga erkin kirishiga imkon beradi, bu esa neft quvurlarini zanglashiga, sun'iy ko'tarish nasoslariga zarar etkazishiga, sirt shtulkalarini tozalashga va sirt ajratgichlarini to'ldirishga olib keladi, bu esa qum bilan tozalash va yo'q qilishni talab qiladi. Bu holat nasosning ishlash muddatini uzaytiradigan va turli xil qum o'lchamlarini qamrab oladigan oddiy, tejamkor yechimni talab qiladi.
Ushbu ehtiyojni qondirish uchun zanglamaydigan po'lat simli to'r bilan birgalikda klapan yig'malaridan foydalanish bo'yicha tadqiqot o'tkazildi, bu esa hosil bo'lgan qattiq moddalarning taqsimlanishiga sezgir emas. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, o'zgaruvchan g'ovak o'lchamiga va 3D tuzilishga ega zanglamaydigan po'lat simli to'r hosil bo'lgan qattiq moddalarning zarracha o'lchamlari taqsimlanishini bilmasdan turli o'lchamdagi qattiq moddalarni samarali boshqarishi mumkin. 3D zanglamaydigan po'lat simli to'r qo'shimcha ikkilamchi filtrlashga ehtiyoj sezmasdan barcha o'lchamdagi qum donalarini samarali boshqarishi mumkin.
Ekranning pastki qismiga o'rnatilgan klapan yig'indisi ESP tortib olinmaguncha ishlab chiqarishni davom ettirishga imkon beradi. Bu ekran ko'prigi o'rnatilgandan so'ng ESP ning darhol olinishiga yo'l qo'ymaydi. Olingan kirish qumini boshqarish ekrani va klapan yig'indisi suyuqlik oqimini tozalash orqali ESP larni, shtanga ko'taruvchi nasoslarni va gaz ko'taruvchi komplektlarni ishlab chiqarish jarayonida qattiq moddalardan himoya qiladi va turli vaziyatlar uchun rezervuar xususiyatlarini moslashtirmasdan nasosning ishlash muddatini uzaytirish uchun tejamkor yechimni taqdim etadi.
Birinchi avlod nasos himoyasi dizayni. G'arbiy Kanadada ESPni ishlab chiqarish jarayonida qattiq moddalardan himoya qilish uchun zanglamaydigan po'latdan yasalgan jun ekranlardan foydalangan holda nasos himoyasi yig'indisi bug' yordamidagi tortishish drenaj qudug'iga joylashtirildi. Ekranlar ishlab chiqarish suyuqligi ishlab chiqarish liniyasiga kirganda zararli qattiq moddalarni filtrlaydi. Ishlab chiqarish liniyasi ichida suyuqliklar ESP kirish joyiga oqadi va u yerda ular yuzaga pompalanadi. Ishlab chiqarish zonasi va yuqori quduq o'rtasida zonal izolyatsiyani ta'minlash uchun ekran va ESP o'rtasida paketlovchi qurilmalarni ishga tushirish mumkin.
Ishlab chiqarish vaqtida ekran va korpus orasidagi halqasimon bo'shliq qum bilan ko'prik hosil qilishga moyil bo'ladi, bu esa oqim qarshiligini oshiradi. Oxir-oqibat, halqa butunlay ko'prik hosil qiladi, oqimni to'xtatadi va 3-rasmda ko'rsatilgandek, quduq qudug'i va ishlab chiqarish liniyasi o'rtasida bosim farqini yaratadi. Bu nuqtada suyuqlik endi ESPga oqishi mumkin emas va yakunlash liniyasi tortilishi kerak. Qattiq moddalar ishlab chiqarish bilan bog'liq bir qator o'zgaruvchilarga qarab, ekrandagi qattiq moddalar ko'prigi orqali oqimni to'xtatish uchun zarur bo'lgan vaqt ESPga qattiq moddalar bilan to'ldirilgan suyuqlikning o'rtacha vaqtini yerga nosozliklar orasidagi pompalash imkonini beradigan vaqtdan kam bo'lishi mumkin, shuning uchun ikkinchi avlod komponentlari ishlab chiqildi.
Ikkinchi avlod nasos himoyasi yig'ilishi. PumpGuard* kirish qumini boshqarish ekrani va klapan yig'ish tizimi 4-rasmda REDA* nasosi ostida osilgan bo'lib, bu noan'anaviy ESP yakunlanishiga misoldir. Quduq ishlab chiqara boshlagandan so'ng, ekran ishlab chiqarishdagi qattiq moddalarni filtrlaydi, lekin qum bilan asta-sekin ko'prik hosil qila boshlaydi va bosim farqini hosil qiladi. Bu farq bosim klapanning belgilangan yorilish bosimiga yetganda, klapan ochiladi va suyuqlikning to'g'ridan-to'g'ri quvur qatoriga ESP ga oqishiga imkon beradi. Bu oqim ekran bo'ylab bosim farqini tenglashtiradi va ekranning tashqi tomonidagi qum qoplarining tutqichini bo'shatadi. Qum halqadan erkin chiqib ketadi, bu ekran orqali oqim qarshiligini kamaytiradi va oqimning qayta tiklanishiga imkon beradi. Differentsial bosim pasayganda, klapan yopiq holatiga qaytadi va normal oqim sharoitlari tiklanadi. Xizmat ko'rsatish uchun ESP ni teshikdan tortib olish kerak bo'lguncha ushbu tsiklni takrorlang. Ushbu maqolada ta'kidlangan amaliy tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, tizim faqat skrining yakunlanishini ishga tushirishga nisbatan nasosning ishlash muddatini sezilarli darajada uzaytira oladi.
Yaqinda o'rnatilgan o'rnatish uchun zanglamaydigan po'lat simli to'r va ESP orasidagi maydonni izolyatsiya qilish uchun arzon yechim joriy etildi. Pastga qaragan stakan paketlagichi ekran qismining ustiga o'rnatilgan. Chashka paketlagichining ustida qo'shimcha markaziy naycha teshilishlari ishlab chiqarilgan suyuqlikning ekranning ichki qismidan paketlagich ustidagi halqasimon bo'shliqqa o'tishi uchun oqim yo'lini ta'minlaydi, bu yerda suyuqlik ESP kirish joyiga kirishi mumkin.
Ushbu yechim uchun tanlangan zanglamaydigan po'lat simli to'rli filtr bo'shliqqa asoslangan 2D to'r turlariga nisbatan bir qator afzalliklarni taqdim etadi. 2D filtrlar asosan qum qoplarini hosil qilish va qumni nazorat qilishni ta'minlash uchun filtr bo'shliqlari yoki uyalarini qamrab oluvchi zarrachalarga tayanadi. Biroq, ekran uchun faqat bitta bo'shliq qiymatini tanlash mumkin bo'lganligi sababli, ekran ishlab chiqarilgan suyuqlikning zarrachalar hajmining taqsimlanishiga juda sezgir bo'lib qoladi.
Aksincha, zanglamaydigan po'lat simli filtrlarning qalin to'r qatlami ishlab chiqarilgan quduq suyuqligi uchun yuqori g'ovaklikni (92%) va katta ochiq oqim maydonini (40%) ta'minlaydi. Filtr zanglamaydigan po'latdan yasalgan jun to'rni siqib, uni to'g'ridan-to'g'ri teshilgan markaziy naychaga o'rash orqali quriladi, so'ngra uni har bir uchida markaziy naychaga payvandlangan teshilgan himoya qopqog'i ichiga joylashtiradi. To'r qatlamidagi g'ovaklarning taqsimlanishi, notekis burchak yo'nalishi (15 µm dan 600 µm gacha) zararsiz mayda zarrachalarning to'r ichiga kattaroq va zararli zarrachalar tushib qolgandan so'ng markaziy naychaga qarab 3D oqim yo'li bo'ylab oqishiga imkon beradi. Ushbu elak namunalarida qumni ushlab turish sinovlari shuni ko'rsatdiki, filtr yuqori o'tkazuvchanlikni saqlab qoladi, chunki suyuqlik elak orqali hosil bo'ladi. Samarali ravishda, bu bitta "o'lchamdagi" filtr duch kelgan ishlab chiqarilgan suyuqliklarning barcha zarracha o'lchamlari taqsimotini qayta ishlay oladi. Ushbu zanglamaydigan po'latdan yasalgan jun ekran 1980-yillarda yirik operator tomonidan bug' bilan stimulyatsiya qilingan rezervuarlarda o'z-o'zidan ishlaydigan ekranlarni to'ldirish uchun maxsus ishlab chiqilgan va muvaffaqiyatli o'rnatish bo'yicha keng tajribaga ega.
Klapan yig'masi ishlab chiqarish maydonidan quvur liniyasiga bir tomonlama oqimni ta'minlaydigan prujinali klapandan iborat. O'rnatishdan oldin g'altakning prujinasini oldindan yuklashni sozlash orqali klapanni qo'llash uchun kerakli yorilish bosimiga erishish uchun sozlash mumkin. Odatda, rezervuar va ESP o'rtasida ikkilamchi oqim yo'lini ta'minlash uchun zanglamaydigan po'lat simli to'r ostida klapan ishlaydi. Ba'zi hollarda, bir nechta klapanlar va zanglamaydigan po'lat to'rlar ketma-ket ishlaydi, o'rta klapan eng past klapanga qaraganda pastroq yorilish bosimiga ega.
Vaqt o'tishi bilan, hosil bo'lish zarralari nasos himoyasi yig'ish ekranining tashqi yuzasi va ishlab chiqarish korpusining devori orasidagi halqasimon maydonni to'ldiradi. Bo'shliq qum bilan to'lganda va zarrachalar birlashganda, qum qopchasidagi bosim pasayishi ortadi. Bu bosim pasayishi oldindan belgilangan qiymatga yetganda, konus klapani ochiladi va to'g'ridan-to'g'ri nasos kirish joyi orqali oqimga imkon beradi. Bu bosqichda quvur orqali oqim ekran filtrining tashqi tomoni bo'ylab avval birlashtirilgan qumni parchalashga qodir. Bosim farqining pasayishi tufayli oqim ekran orqali qayta boshlanadi va kirish klapani yopiladi. Shuning uchun, nasos oqimni faqat qisqa vaqt ichida to'g'ridan-to'g'ri klapandan ko'ra oladi. Bu nasosning ishlash muddatini uzaytiradi, chunki oqimning katta qismi qum ekrani orqali filtrlangan suyuqlikdir.
Nasosni himoya qilish tizimi Qo'shma Shtatlardagi Delaver havzasidagi uchta turli quduqda packerlar bilan ishladi. Asosiy maqsad qum bilan bog'liq ortiqcha yuklanishlar tufayli ESP ning ishga tushirilishi va to'xtashi sonini kamaytirish va ishlab chiqarishni yaxshilash uchun ESP mavjudligini oshirishdir. Nasosni himoya qilish tizimi ESP qatorining pastki uchidan osilgan. Neft qudug'ining natijalari nasosning barqaror ishlashini, tebranish va tok kuchining pasayishini va nasosni himoya qilish texnologiyasini ko'rsatadi. Yangi tizim o'rnatilgandan so'ng, qum va qattiq moddalar bilan bog'liq ishlamay qolish vaqti 75% ga kamaydi va nasosning ishlash muddati 22% dan ortiqqa oshdi.
Quduq. Texas shtatining Martin okrugidagi yangi burg'ulash va yorilish qudug'iga ESP tizimi o'rnatildi. Quduqning vertikal qismi taxminan 9000 futni, gorizontal qismi esa 12000 futni tashkil etadi, o'lchangan chuqurlik (MD). Dastlabki ikkita yakunlash uchun ESP yakunlashning ajralmas qismi sifatida oltita astarli ulanishga ega quduq osti girdobli qum ajratgich tizimi o'rnatildi. Bir xil turdagi qum ajratgichdan foydalangan holda ketma-ket ikkita o'rnatish uchun ESP ish parametrlarining (tok intensivligi va tebranish) beqarorligi kuzatildi. Tortilgan ESP blokining demontaj tahlili shuni ko'rsatdiki, girdobli gaz ajratgich yig'indisi begona moddalar bilan tiqilib qolgan, bu esa magnit bo'lmaganligi va kislota bilan kimyoviy reaksiyaga kirishmasligi sababli qum ekanligi aniqlandi.
Uchinchi ESP o'rnatishda, ESP qumini boshqarish vositasi sifatida qum ajratgichni zanglamaydigan po'lat simli to'r bilan almashtirildi. Yangi nasos himoya tizimini o'rnatgandan so'ng, ESP yanada barqaror ish tutdi, dvigatel oqimining tebranishlari diapazonini 2-o'rnatish uchun ~19 A dan 3-o'rnatish uchun ~6,3 A gacha kamaytirdi. Vibratsiya yanada barqaror va tendentsiya 75% ga kamaydi. Bosim pasayishi ham barqaror bo'lib, oldingi o'rnatishga nisbatan juda kam o'zgarib turdi va qo'shimcha 100 psi bosim pasayishiga erishdi. ESP ortiqcha yuklanish o'chirilishi 100% ga kamaydi va ESP past tebranish bilan ishlaydi.
B qudug'i. Nyu-Meksiko shtatining Yunis shahri yaqinidagi bitta quduqda yana bir noan'anaviy quduqda ESP o'rnatilgan, ammo nasos himoyasi yo'q edi. Dastlabki yuklashdan so'ng, ESP tartibsiz xatti-harakatlarni ko'rsata boshladi. Oqim va bosimning o'zgarishi tebranishning keskin ko'tarilishi bilan bog'liq. Ushbu sharoitlarni 137 kun davomida saqlab turgandan so'ng, ESP ishlamay qoldi va uning o'rniga yangi nasos o'rnatildi. Ikkinchi o'rnatish bir xil ESP konfiguratsiyasiga ega yangi nasos himoya tizimini o'z ichiga oladi. Quduq ishlab chiqarishni qayta boshlaganidan so'ng, ESP normal ishladi, barqaror amperaj va kamroq tebranish bilan. Nashr qilingan paytda ESPning ikkinchi ishga tushirilishi 300 kundan ortiq ishlagan, bu avvalgi o'rnatishga nisbatan sezilarli yaxshilanishdir.
C qudug'i. Tizimning uchinchi joyida o'rnatilishi Texas shtatining Mentone shahrida neft va gazga ixtisoslashgan kompaniya tomonidan amalga oshirildi, u qum ishlab chiqarish tufayli uzilishlar va ESP ishlamay qolishlariga duch keldi va nasosning ish vaqtini yaxshilashni xohladi. Operatorlar odatda har bir ESP qudug'ida astarli quduq osti qum ajratgichlarini ishga tushiradilar. Biroq, astar qum bilan to'lgandan so'ng, ajratgich qumning nasos qismidan oqishiga imkon beradi, bu esa nasos pog'onasini, podshipniklarni va valni zanglaydi va natijada ko'tarilish kuchini yo'qotadi. Yangi tizim nasos himoyachisi bilan ishga tushirilgandan so'ng, ESP 22% ga uzoqroq ishlash muddatiga ega bo'lib, bosimning barqarorroq pasayishi va ESP bilan bog'liq ish vaqti yaxshiroq bo'ladi.
Ish paytida qum va qattiq moddalar bilan bog'liq o'chirishlar soni birinchi o'rnatishdagi 8 ta ortiqcha yuklanish hodisasidan ikkinchi o'rnatishdagi ikkitagacha 75% ga kamaydi va ortiqcha yuklanish o'chirilgandan keyin muvaffaqiyatli qayta ishga tushirishlar soni birinchi o'rnatishdagi 8 tadan 30% ga oshdi. Ikkilamchi o'rnatishda jami 12 ta, jami 8 ta hodisa amalga oshirildi, bu uskunadagi elektr kuchlanishini kamaytirdi va ESP ning ishlash muddatini oshirdi.
5-rasmda zanglamaydigan po'latdan yasalgan to'r bloklanganda va klapan yig'ilishi ochilganda kirish bosimi belgisining (ko'k) to'satdan oshishini ko'rsatadi. Ushbu bosim belgisi qum bilan bog'liq ESP nosozliklarini bashorat qilish orqali ishlab chiqarish samaradorligini yanada oshirishi mumkin, shuning uchun ta'mirlash uskunalari bilan almashtirish operatsiyalarini rejalashtirish mumkin.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Quduq ostiga tushiruvchi qurilma sifatida aylanma naychaning eksperimental tahlili”, SPE Paper 94673-MS, SPE Lotin Amerikasi va Karib dengizi neft muhandisligi konferensiyasida taqdim etilgan, Rio-de-Janeyro, Braziliya, 2005-yil 20-iyun – 23-fevral. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ushbu maqolada 2021-yil 15-18-noyabr kunlari BAAning Abu-Dabi shahrida bo'lib o'tgan Abu-Dabi xalqaro neft ko'rgazmasi va konferensiyasida taqdim etilgan SPE 207926-MS hujjatidan elementlar keltirilgan.
Barcha materiallar qat'iy bajariladigan mualliflik huquqi qonunlariga bo'ysunadi, iltimos, ushbu saytdan foydalanishdan oldin bizning Foydalanish shartlari, Cookie-fayllar siyosati va Maxfiylik siyosatimizni o'qib chiqing.