Искусственный лифт - Artificial lift

Искусственный лифт относится к использованию искусственных средств для увеличения потока жидкостей, таких как сырая нефть или вода из эксплуатационной скважины. Обычно это достигается за счет использования механического устройства внутри колодца (известного как насос или скоростная струна ) или уменьшением веса гидростатической колонны путем нагнетания газа в жидкость на некотором расстоянии вниз по скважине. В более новом методе, называемом непрерывной ленточной транспортировкой (CBT), используется нефтесодержащая лента для извлечения из маргинальных и неработающих скважин. Искусственный подъем необходим в скважинах, когда в пласте недостаточно давления для подъема добываемых флюидов на поверхность, но он часто используется в скважинах с естественным течением (которые технически не нуждаются в нем) для увеличения дебита сверх того, который был бы естественным. Добываемый флюид может быть нефтью, водой или смесью нефти и воды, обычно смешанной с некоторым количеством газа.

Применение

Любой резервуар, добывающий жидкость, будет иметь «пластовое давление»: некоторый уровень энергии или потенциала, который заставит текучую среду (жидкость, газ или и то и другое) перейти в области с более низкой энергией или потенциалом. Концепция аналогична концепции водяное давление в городском водопроводе. Как только давление внутри добывающей скважины упадет ниже пластового давления, пласт будет действовать, чтобы заполнить скважину обратно, точно так же, как открытие клапана в водяной системе. В зависимости от глубины резервуара и плотности жидкости резервуар может иметь или не иметь достаточного потенциала для выталкивания жидкости на поверхность - более глубокая скважина или более тяжелая смесь приводят к более высокому давлению.

Технологии

Гидравлические насосные системы

Гидравлические насосные системы передают энергию на забой скважины с помощью находящейся под давлением рабочей жидкости, которая стекает по трубопроводу ствола скважины к подземному насосу. Существует как минимум три типа гидравлических подземных насосов:

  1. поршневой насос с возвратно-поступательным движением, в котором одна сторона приводится в действие (закачиваемой) приводной жидкостью, в то время как другая сторона качает добытые жидкости на поверхность
  2. струйный насос, в котором (нагнетаемая) приводная жидкость проходит через комбинацию сопла и горловины Вентури, смешивается с добываемыми текучими средами и за счет эффекта Вентури создает высокое давление на стороне нагнетания насоса.
  3. скважинная турбина с гидравлическим приводом (HSP), при этом забойный приводной двигатель представляет собой турбину, механически соединенную с секцией крыльчатка-насос, которая перекачивает жидкость.

Эти системы очень универсальны и использовались на малых глубинах (1000 футов) до более глубоких скважин (18000 футов), в низкодебитных скважинах с производительностью в десятки баррелей в день и в скважинах, производящих более 20000 баррелей (3200 м).3) в день. В большинстве случаев вытесняющая (нагнетаемая) жидкость может быть водой или добываемой жидкостью (смесь нефти и воды). Некоторые химические вещества могут быть смешаны с закачиваемой жидкостью, чтобы помочь контролировать коррозию, парафиновые и эмульсионные проблемы. Гидравлические насосные системы также подходят для наклонно-направленных скважин, где обычные насосы, такие как штанговый насос неосуществимы.

Как и все системы, эти системы имеют свои рабочие зоны, хотя в случае с гидравлическими насосами они часто неправильно понимаются разработчиками. Некоторые типы гидравлических насосов могут быть чувствительны к твердым частицам, тогда как струйные насосы, например, могут перекачивать твердые частицы с объемной долей более 50%. Они считаются наименее эффективным методом подъема, хотя для разных типов гидравлических насосов он отличается, а также при рассмотрении полных потерь в системе различия во многих установках незначительны.

Стоимость жизненного цикла этих систем аналогична другим типам искусственных подъемников, если они спроектированы надлежащим образом, с учетом того, что они, как правило, не требуют особого обслуживания, например, струйные насосы имеют несколько более высокие эксплуатационные (энергетические) затраты при существенно более низких затратах на покупку и практически нет стоимости ремонта.

ESP

Электрические погружные насосы (ЭЦН) состоят из забойного насоса (серия центробежные насосы ), электродвигатель который преобразует электрическую мощность в кинетическую энергию для вращения насоса, сепаратор или протектор для предотвращения попадания производимых жидкостей в электродвигатель, а также кабель электропитания, соединяющий электродвигатель с наземной панелью управления. ESP - это очень универсальный метод искусственного подъема, который можно найти в рабочих средах по всему миру. Они могут работать в очень широком диапазоне расходов (от 200 до 90 000 баррелей (14 000 м3) в день) и требования к высоте подъема (практически от нуля до 3000 м (3000 м) подъема). Их можно модифицировать для обработки загрязняющих веществ, обычно присутствующих в масле, агрессивных коррозионных жидкостях, таких как ЧАС2S и CO2, и исключительно высокие забойные температуры. Было показано, что увеличение обводненности не оказывает значительного отрицательного воздействия на производительность ЭЦН. Их можно размещать в вертикальных, наклонно-направленных или горизонтальных скважинах, но рекомендуется размещать их в прямом участке обсадной колонны для оптимального срока службы.

Хотя последние разработки направлены на расширение возможностей ЭЦН по переработке газа и песка, они все же нуждаются в дополнительных технологических разработках, чтобы избежать газовых пробок и внутренней эрозии. До недавнего времени ESP часто продавались по непомерно высокой цене из-за стоимости развертывания, которая могла превышать 20 000 долларов.

Различные инструменты, такие как автоматические переключающие клапаны (ADV), SandCats и другие инструменты для колонн НКТ и насосов, повышают производительность ESP. Большинство систем, развернутых на сегодняшнем рынке, представляют собой системы Dual ESP, которые представляют собой простую установку двух ESP в одной скважине. Это обеспечивает полный или резервный усилитель скважинной системы - время простоя минимально, капитальный ремонт обходится дешевле, а в других областях эксплуатации имеется экономия. Двойные системы ESP позволяют значительно повысить рентабельность скважины.

Газовый лифт

Газовый лифт - еще один широко используемый метод искусственного подъема. Как следует из названия, в трубку нагнетается газ для уменьшения веса гидростатическая колонна, тем самым уменьшая обратное давление и позволяя пластовому давлению выталкивать смесь добываемых флюидов и газа на поверхность. Газлифт может быть развернут в широком диапазоне скважинных условий (от 30 000 баррелей в сутки (4800 м3/ d) до 15000 футов (4600 м)). Газовые лифты прекрасно справляются с абразивный элементы и песок, а стоимость ремонта минимальна.

Газлифтные скважины оснащены оправками с боковыми карманами и газлифтными нагнетательными клапанами. Такое расположение обеспечивает более глубокую закачку газа в НКТ. Система газлифта имеет ряд недостатков. Должен быть источник газа, некоторые проблемы обеспечения потока, такие как гидраты, могут быть вызваны газлифтом.

При этом используется закачка газа в поток текучей среды, что снижает плотность текучей среды и снижает забойное давление. Когда газ поднимается вверх, пузырьки помогают продвигать масло вперед. Степень эффекта зависит от непрерывного или прерывистого потока газа. Газ может закачиваться в одну точку ниже жидкости или может быть дополнен многоточечной закачкой. Прерыватель на поверхности контролирует время впрыска газа. Механизмы работают под давлением или от жидкости. Это могут быть дроссельные клапаны или клапаны, управляемые давлением в корпусе. Для жидкостных клапанов требуется повышение давления в НКТ для открытия и падение для закрытия. Дроссельный клапан давления открывается при повышении давления в корпусе и закрывается при падении давления в корпусе. прикреплены к оправкам газлифта и съемным газлифтным клапанам троса, которые устанавливаются в оправках с боковыми карманами.

Штанговые насосы

Основная статья: Pumpjack

Штанговые насосы представляют собой длинные тонкие цилиндры с неподвижными и подвижными элементами внутри. Насос предназначен для установки внутри трубопровода скважины, и его основное предназначение - собирать жидкости из-под него и поднимать их на поверхность. Наиболее важные компоненты: ствол, клапаны (ходовые и неподвижные) и поршень. В нем также есть еще 18-30 компонентов, которые называются «фитингами».

Компоненты

Каждая деталь насоса важна для его правильной работы. Наиболее часто используемые детали описаны ниже:

  • Ствол: Ствол длинный цилиндр, которые могут иметь длину от 10 до 36 футов (11 м) и диаметр от 1,25 дюйма (32 мм) до 3,75 дюйма (95 мм). После опыта с несколькими материалами для его строительства, Американский институт нефти (API) стандартизировал использование двух материалов или составов для этой детали: углеродистая сталь и латунь, оба с внутренним покрытием из хром. Преимущество латуни перед более твердой углеродистой сталью заключается в ее 100% стойкости к коррозия.
  • Поршень /Поршень: Это стальной баллон с никелево-металлическим напылением, который проходит внутри ствола. Его основная цель - создать всасывающий эффект, который поднимает жидкости под ним, а затем с помощью клапанов постепенно выводит жидкости над ним из скважины. Это достигается возвратно-поступательным движением вверх и вниз.
  • Клапаны: Клапаны состоят из двух компонентов - седла и шара, которые в закрытом состоянии создают полное уплотнение. Чаще всего используются седла из нитрида углерода, а шар - из нитрида кремния. В прошлом использовались шары из железа, керамики и титана. Титановые шары все еще используются, но только там, где сырая нефть очень плотная и / или количество жидкости, которую необходимо поднять, велико. Наиболее распространенная конфигурация штангового насоса требует двух клапанов, называемых ходовым клапаном и фиксированным (или статическим, или стоячим) клапаном.
  • Шток поршня: Это шток, который соединяет поршень с внешней стороной насоса. Его основная цель - передавать возвратно-поступательную энергию вверх / вниз, производимую «Кивающим ослом» (насосная установка ) установлен над землей.
  • Фитинги: остальные части насоса называются фитингами и, по сути, представляют собой небольшие детали, предназначенные для удержания всего вместе в нужном месте. Большинство этих деталей предназначены для непрерывного прохождения жидкостей.
  • Фильтр /Фильтр: Работа фильтра, как подразумевается, заключается в том, чтобы не допускать всасывания в насос крупных осколков камня, резины или любого другого мусора, который может быть незакреплен в скважине. Существует несколько типов фильтров, наиболее распространенным из которых является железный цилиндр с достаточным количеством отверстий в нем, чтобы пропускать необходимое количество жидкости для насоса.

Подземная откачка

Подземный насос вытесняет жидкость на забое скважины, тем самым снижая забойное давление. Движение плунжера и ходового клапана помогает создать низкое давление, тем самым перемещая жидкость вверх по скважине. Ходовой клапан открывается при ходе вниз и закрывается при ходе вверх. Именно на ходу вверх он переносит жидкость вверх по скважине. Длина насосной штанги обычно составляет 25 футов. Насосные агрегаты бывают 3-х типов: Класс 1, Марка 2 или воздушно-сбалансированные. Изменяя длину хода или скорость насоса, можно изменить производительность.

Добычу, измеренную в баррелях в день, можно рассчитать по следующей формуле: P = SxNxC, где P = добыча в баррелях в день, S = длина хода скважины (дюймы), N = количество ходов в минуту, C = полученная константа из следующего:

Диаметр плунжера = постоянный "C"

1 1/16" = 0.132
1 1/4" = 0.182
1 1/2" = 0.262
1 3/4" = 0.357
2" = 0.468
2 1/4" = 0.590
2 1/2" = 0.728
2 3/4" = 0.881
3 1/4" = 1.231
3 3/4" = 1.639

Для онлайн-калькулятора: Калькулятор производства штангового насоса Don-Nan (баррелей в сутки)

Производство на 100% является теоретическим. 80% - более реалистичный расчет добычи.

Гибридный газлифт и штанговый насос

Недавно была разработана новая технология, сочетающая газлифт со штанговым насосом с выделением двух отдельных насосно-компрессорных труб в стволе скважины для каждого метода подъема. Этот метод разработан специально для искусственного подъема уникальной геометрии горизонтальных / наклонно-направленных скважин, а также вертикальных скважин, которые имеют глубокие или очень длинные интервалы перфорации или имеют слишком высокий газожидкостный коэффициент (GLR) для традиционных методов искусственного подъема. В этой конструкции штанговый насос размещается в вертикальной части скважины над отклоненным или перфорированным интервалом, в то время как газ с относительно низким давлением и небольшим объемом используется для подъема пластовых жидкостей из отклоненного или расширенного перфорированного интервала выше штангового насоса. Как только жидкости поднимаются над насосом, они захватываются над пакером и затем попадают в камеру насоса, где они транспортируются на поверхность.

Эта конструкция преодолевает высокие затраты на техническое обслуживание, проблемы с газовыми помехами и ограничения по глубине, связанные с установкой обычных насосных систем в отклоненные или расширенные интервалы перфорации, а также преодолевает значительное противодавление, оказываемое на пласт обычным газлифтом.

PCP

Винтовые насосы (ПХФ) также широко применяются в нефтяной промышленности. PCP состоит из статор и ротор. Ротор вращается с помощью двигателя с верхней или нижней стороны. Последовательные полости, созданные вращением, и добываемые жидкости выталкиваются на поверхность. PCP представляет собой гибкую систему с широким спектром применений с точки зрения расхода (до 5000 баррелей в сутки (790 м3/ d) и глубиной 6000 футов (1800 м)). Они обладают исключительной стойкостью к абразивным материалам и твердым частицам, но их применение ограничено глубиной схватывания и температурой. Некоторые компоненты добываемых жидкостей, такие как ароматика может также повредить эластомер статора.

Бесштанговая перекачка

Они могут быть как гидравлическими, так и электрическими погружными. В гидравлической системе используется гидравлическая жидкость под высоким давлением для работы скважинного жидкостного двигателя. Двигатель, в свою очередь, приводит в движение поршень, который перемещает жидкость на поверхность. Система рабочей жидкости может быть открытой или закрытой, это зависит от того, можно ли смешивать рабочую жидкость с скважинной жидкостью. Этот тип системы обычно имеет надземные гидравлические насосы и резервуар. Электроагрегат - это еще один тип бесштанговых насосных систем. В нем используется электрический насос, погруженный в скважину и подключенный к серии трансформаторов и управляющего оборудования, которые питают и регулируют скорость откачки. В этой системе электродвигатель изолирован от масла протектором. Забор жидкости, который находится перед насосным механизмом, имеет газоотделитель, а также распределительная коробка на поверхности помогает отводить любой газ, который мог подняться по линиям электропередач.

По существу, штанговые и бесштоковые насосные механизмы помогают достичь движения жидкости за счет снижения забойного давления за счет вытеснения жидкости над всем этим механическими средствами. Другой метод - это плунжерный подъемный механизм, который использует колонну насосно-компрессорных труб в качестве ствола. Он использует газ для привода поршня.

Важно отметить, что существует несколько вариантов этих методов, которые можно использовать. Они включают; струйная перекачка с использованием гидравлического насоса и сопла, которое передает импульс жидкости непосредственно добывающей жидкости или лифту камеры, который представляет собой модифицированный газлифтный механизм, не имеющий противодавления. Существуют также модифицированные штанговые насосные агрегаты, работающие с лебедкой или пневматическим механизмом.

Непрерывная ленточная транспортировка

В этом методе используется нефтесодержащая непрерывная лента для транспортировки тяжелой нефти в качестве альтернативы перекачке. Односторонний ремень O-образной формы, приводимый в движение наземным блоком Мебиуса, непрерывно движется к подземному блоку ниже статического уровня, улавливая нефть и транспортируя к наземному блоку для сбора. Олеофильные свойства ленты гарантируют, что песок, парафин и большая часть воды не улавливаются.

Из-за относительно низкой скорости улавливания нефти ниже 130 баррелей в сутки на максимальной глубине 4000 метров и очень низкой стоимости эксплуатации этот метод используется в первую очередь в отпарных, маргинальных, простаивающих и заброшенных скважинах. Оптимальный состав нефти для CBT - это пласты со средней, тяжелой и очень тяжелой нефтью при максимальной температуре 130 град. Цельсия. Для этого метода не подходят большие объемы скважин на легкую нефть.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки