Mis teeb pumpaühiku sobivaks naftavälja ekstraktsioonivajaduste jaoks?

Pumpaühikute valiku peamised kriteeriumid naftavälja rakendustes

Pumpseadme jõudluse sobitamine tootmismahu ja reservuaari sügavusega

Pumpagregaatide valikul on väga oluline selle, mida seade suudab, vastendamine tegelikele ekspluatatsioonitingimustele. Väliproovide tulemused 2023. aastal näitasid huvitavat asja reservuaaride puhul, mis on sügavamal kui 8000 jalga. Vähemalt 400 hobujõuga ja kiirusega umbes 120 pööret minutis algavate üksuste puhul toimub vedeliku tõstmine eriti hästi ning reduktorite probleemid vähenevad ligikaudu kolmandiku võrra. Kaevude puhul, mille päevasest tootmismahust on alla 500 barreli, on soovitav kasutada väiksemaid käigukonstruktsioone. Kuid siis, kui tootmismaht ületab 2000 barreli päevas, on suuremad ratastehelisüsteemid mõistlikum lahendus. Liiga suure pumba valimine ei ole aga targund. Eelmise aasta Hydro-Quip'i raport viitab, et liialdatud võimsuse kasutamine kaotab umbes 22% rohkem energiat, kui arvutused soovitavad. Voolukiiruse andmete õige määramine on pikas perspektiivis lihtsalt hea äripraktika.

Põhjatrükki ja vedelikutaseme dünaamika mõju pumba sobivusele

Puurides, kus põhjakuivendi rõhk langeb alla 200 psi, on üldiselt vaja süsteemi integreerida gaasieraldajad. Tööstuse kogemused näitavad, et seda nõuete esineb umbes kaheksal kümnest sarnasest juhtumist. Probleemid halvenevad, kui vedeliku tase kõigub tootmisprotsessi jooksul üle 15 protsendi. Siis hakkavad operaatored tõsiselt vaatama muutlikku sagedust kasutavate (VFD) paagutusseadmete kasutamist, et vältida kulukaid varraste katkemisi puures. Vaadates tagasi seitsmeaastasele väljandite andmetele Permiani basseinist, siis selgub selge lugu: poorte, mis töötasid VFD-tehnoloogiaga, tuli remontida umbes 40% vähem tihti võrreldes vanema fikseeritud kiirusega mudelitega, mis silmitsesid samade ennustamatute vedelike dünaamikaga reservuaaris.

Poordingu olude hindamine: tagarõhk, vooguviis ja ekspluatatsiooninõuded

Nende kohanduste kohaldamine 142 analüüsitud kaevus vähendas aastast seismist 37% võrra (Engineering UPdates 2024).

Täiteaine koostise ja viskoossuse mõju pumbagrupidest valiku otsustamisel

Erakordselt paksu rafineerimata nafta (üle 200 sentipoisi) puhul on vaja pumpade pöördeid aeglasemalt, umbes 30 kuni 50 protsenti aeglasemalt, et ei kaotaks imemise tõhusust. Maavälja operaatoreid teavad seda kogemusest, sest kui nad üritavad liiga kiiresti edasi lükata, muutub kogu süsteem ebatõhusaks. Puhul, kus liiva sisaldus on üle 2% ruumala järgi, tasub investeerida kõvendatud tõukuritesse ja erilistesse varrelinnastesse, mis maksab end suurel määral tagasi. Oleme näinud, et operaatoreid säästsid ainult Bakkeni paekivikpiirkonnas umbes 18 dollarit iga toodetud barreli kohta. Ja kui veesisaldus ületab 15%, siis asjad muutuvad keeruliseks, kuna hakkab tekkinema emulsioone. Sel hetkel on oluline, et seadmel oleks reguleeritavad tihendussuhted, et säilitada voolamine katkematult. Enamik kogenud meeskondi ütleb, et just see teeb kogu erinevuse tootmismahha säilitamisel nende raskete tingimuste ajal.

Tehisliku tõstmise süsteemide tüübid ja nende ühilduvus naftapuurkaevude tingimustega

Tehisliku tõstesüsteemi valik sõltub varustuse jõudluse ja reservuaari omaduste sobitamisest. Maailmas ulatub naftapuuride tootmine 50 kuni 20 000 barrelini päevas (BPD), olulised tegurid hõlmavad vedeliku viskoossust, gaasi-ja nafta suhet (GOR) ning puuri sügavust.

Tõmbe- ja survepumbade, ESP-de ning gaasitõste süsteemide võrdlemine erinevates ekstraktsioonistseenariumites

Süstervarre pumbad töötavad kõige paremini kaevudes, mis toodavad päevas 50 kuni 1500 barrelit, kus toorest on API tihedus üle 20 kraadi. Need kiirpumpmehhanismid töötavad hästi vanemates väljades, kui tahkiste sisaldus jääb alla 5%. Suurema mahuga tootmises, mis jääb vahemikku 1000 kuni 20 000 barreli päevas, on elektrilised sügavvannipumbad esiplaanil, eriti siis, kui veesisaldus ületab 70%. Siiski hakkavad need ESP-d raskusi koguma, kui viskoossus tõuseb üle 200 sentipoisi. Gaasilifttehnoloogia on edukas juhtudel, kus gaasi ja nafta suhe ületab 500 standardkuupjalgu barreli kohta. Gaasi kaevu sisse süstimine vähendab hüdrostaatilist rõhku, mistõttu on see meetod eriti majanduslik tihekaevude ja maapinna all asuvate ebatavaliste reservuaaride puhul, mis asuvad rohkem kui 8000 jalga sügavusel.

Tsentrifugaal- vs. tõstekäigupumbad: jõudlus erinevates viskoossuskeskkondades

Pumpades vedelikke, mis on paksemad kui 200 sentipoisi, kaotavad tsentrifugaalpumbad tavaliselt umbes 30–40 protsenti oma tõhususest, mistõttu ei sobi nad raskete õlide pumpamiseks eriti hästi. Sooduspumbad aga loovutavad teistsuguse loo. Need seadmed säilitavad oma üle 85% tõhususe isegi siis, kui liigutatakse materjali, mille viskoossus ulatub 3000 cP-ni, kuna need töötavad positiivse nišiga põhimõttel. Seda toetavad ka välitestingud. Aastal tehtud uuring näitas, et kiirpumbad töötasid sujuvalt 18 API-kraadise tooreõliga, mille viskoossus oli ligikaudu 350 cP, samas kui elektrilised sügavpumbad ei suutnud seda koormust taluda ja lõpetasid töö alles 90 päeva pärast. Siiski leidub olukordi, kus tsentrifugaalpumbad on siiski otstarbekad. Need toimivad parimatul viisil õlgede pumpamisel, mille viskoossus on alla 100 cP ja vooluhulk on suur, sest neid saab pidevalt töötada katkemata, mis on paljudes tööstusprotsessides vajalik.

Positiivse nišiga pumbad kõrge viskoossusega ja raskete õlide kasutamiseks

Progressiivtühenduspumbad ehk lühidalt PCP-d saavutavad kuni 95% tõhususe, kui töödeldakse vedelikke, mille viskoossus jääb ligikaudu 500 kuni 10 000 sentipoisi vahemikku. Need pumbad on üsna vastupidavad ja suudavad töödelda toorest naftat, mis sisaldab kuni 40% liiva, ilma et nad kiiresti kulumiseks. Nende pompade siseselt asuv eriline helikaalkujuline rotor ja staator võimaldab emulgeerunud toorenafta sujuvat liikumist torujuhtides. Tõesti kuumades keskkondades aitavad soojusstabiliseerimispaketid hoida süsteemi töös ka temperatuuril kuni 300 Fahrenheiti kraadi. Väliraportite kohaselt vähendavad PCP-süsteemid hooldusvajadust oluliselt. Laengutes, kus API tihedus on alla 15 kraadi, väheneb remontide arv umbes 60% võrreldes traditsiooniliste sirgliikuritega. Kuid see eelis kehtib ainult siis, kui pumba läbilaskevõime vastab kaevust loomulikult saadavale tootmismahule.

Kuidas vedeliku omadused mõjutavad pumbagrupidest tõhusust ja eluiga

Hõõg- ja kõrge tahkisainesisaldusega vedelike haldamine kulumise vähendamiseks

Kui tööd tehakse abrasiivsete osakestega, võivad nõrgenduskiirused tõuseda kolm korda rohkem kui puhta vedelikuga töötamise korral, lähtudes 2023. aastal avaldatud hiljutisest hüdrauliliste süsteemide uuringutest. Kui töötavad keskkonnas, kus tahkete ainete kontsentratsioon on 5% või rohkem, kasutavad kogenud tehnikud volframkarbiidi kattega kritilisi osi, nagu kolbmed ja ventiilid. Samuti rakendavad nad mitmeastmelisi filtreerimissüsteeme, et püüda kinni võimalikult palju saastajaid enne, kui need kahju põhjustavad. Pumpade jõudluse osas suudavad progressiivsed õõnesmodellerid neid karmi tingimusi paremini käsitleda kui tsentrifugaalsed, sest nende sisemised kiirused ei ole nii suured, vähendades erosiooniprobleeme 40-60% võrra. Tööstuse juhised, mis on toodud 2004. aasta kõvakeste ainete juhendist, soovitavad kontrollida külge iga kuu ning paigaldada automaatseid andureid, mis avastavad liiva kogunemist varakult. Sellised tegevused aitavad hoida kõik sujuvalt, kuid pikendavad ka komponentide kasutuse kestust enne vahetamist.

Korroosioon ja emulgeerumine pikema pumba töö ajal

Nagu on selgitatud NACE Internationali hiljutises uuringus, mis avaldati 2024. aastal, võib rasvveega segatud toornafta kontsentratsioon üle 30% soolveega põhjustada süsinikterasest terase osade korrodeerimise umbes kaheksa korda kiiremini kui tavaliselt. Probleem muutub veelgi raskemaks, kui see soolaline toornaine moodustab emulsioone, mis tekitavad vees-õlis segusid, mis muudavad vedeliku umbes 15-30% paksemaks. See suurenenud paksus tähendab, et pumpid töötavad rohkem, tarbivad rohkem energiat ja panevad seadmetele täiendava koormuse. Nende probleemide lahendamiseks kasutavad käitajad sageli haputeeninduse rakendustes nikli sulamist kaetud varrasid, süstivad enne pumpade sisselaskepunkte demulgikatoreid ja paigaldavad keraamilise vooderdusega torusid spetsiaalselt kaevudele, kus pH langeb alla 4,5. Mehhiko lahe katsetused, mis viidi läbi 2022. aastal, näitasid, et kõigi nende kaitsemeetmete rakendamine vähendas korrosiooniga seotud seisakuid peaaegu 60% võrra võrreldes standardmeetoditega.

Juhtumiuuring: Pumpade reaktsioon viskoosuse kõikumistele rasketel naftarajadel

Saskatchewani raskeõliettevõttes, kus kasutati 14-18 kraadi kõrge API-tasemega toortoitu, kestis kihtpumpade töövõimsus 27 protsenti kauem, kui see oli võrreldes progressiivsete õhukastmetega, kui need olid seotud hooajaliste viskositeetimuutustega. Kui talv tuli ja vedelik pakenes 50 sentipoosist kuni 200 cp-ni, suutis väepersonaal hoida asjad 92% ajast sujuvalt. Nad tegid seda, kohandades pumpa tsükleid liiguva sagedusega, hoides kaevupead aurumärgistusega soojaks ja süstides keemilisi aineid, et muuta viskositust. Need kohandused aitasid säilitada tootmise tasemeid, mis ei ületanud eesmärgist 5% isegi siis, kui vedelike liikuvus muutus aasta jooksul neli korda. SPE 2023 aasta tehislifti optimeerimise aruanne rõhutab neid tulemusi, näitamaks, kui kohanemisvõimeline on tänapäeva tegevus sellistes keerulistes tingimustes.

Mehaaniline usaldusväärsus ja hooldustrateegiad jätkusuutlike pumpamisoperatsioonide jaoks

Pumpade üksuste usaldusväärsus küpsetes ja uutes naftakaevudes

Pumbad küpsetes kaevudes vajavad hooldussekkumisi 40% sagedamini kui uutesse paigaldustesse, põhjustatuna kogunenud kulumist. Andmed näitavad, et 15 aastat vanemates kaevudes asuvatel üksustel on tihendite purunemise määr 2,8 korda kõrgem, peamiselt korrosiooni ja osakeste abrasiivi tõttu.

Tavaline hooldus: igapäevased, nädalased ja kuulised kontrolli protokollid

Regulaarsed kontrolli ajakavad suurendavad süsteemi usaldusväärsust tegelikkuses tõesti. Igapäevaseks jälgimiseks peavad tehnikud visuaalselt vaatama rõhumeetreid ja kontrollima ühenduste ümber võimalikke vedeliku lekkeid. Igas nädalas on erinevad prioriteedid, näiteks liikuvate komponentide määrimine ja tihendite korraliku töö kindlaks tegemine. Igal kuul on keerukam hooldus, mis hõlmab näiteks värinamustrite kontrollimist ja oluliste kruvide ning ühenduste pöördemomendi kalibreerimist. Viimase 2024. aasta pumpade hooldusjuhendi kohaselt tuleb neis kontrollides hõlmata umbes 23 olulist punkti. Ettevõtted, kes järgivad seda ajakava rangesti, kogevad tavaliselt ligikaudu 60–65% langust ootamatute seadmete rikete arvus, mis toob aja jooksul suure erinevuse toimimiskulusse.

Prognoosiva hoolduse ja IoT integreerimine kaasaegses pumpade halduses

Tänapäevased tööstuslikud seadistused kasutavad varustuse seisundi jälgimiseks reaalajas nii traadita kiirendusandureid kui ka rõhuandureid. Nutikad tarkvarad analüüsivad kõiki neid andmeid ja suudavad tegelikult tuvastada potentsiaalseid laagriprobleeme juba üle kolme päeva enne nende tekkimist. Välitestingud näitavad, et selline hooldustrateegia säästab umbes 34 protsenti ootamatute remonditööde kuludest ja pikendab pumpade tööiga, lisades kuni 17 kuni 22 kuud lisatööaega, nagu seni on nähtud. API tiheduse muutuste jälgimine võimaldab süsteemidel automaatselt kohandada õlitamisrežiimi, kui õli muutub liiga paksuks või liiga vedelaks, hoidudes umbes pluss miinus 8 protsendi piires normist.

KKK

• Milline võimsus hobustes on soovitatav reservuaaridele, mis on sügavamad kui 8000 jalga?

  Soovitatakse vähemalt 400 hobusejõuga seadmeid.

• Kui olulised on gaasieraldajad madala põhjarõhuga puuraukude puhul?

  Gaasieraldajad on olulised puuraugudes, kus põhjarõhk langeb alla 200 psi.

• Mida mõjutab kõrge liivasisaldus pumpamisoperatsioonidel?

  Kõrge liivasisaldus võib suurendada kulumist, seega võib kõvendatud tihendite ja eriliste varrestega kasutamine aidata säästa kulusid.

• Miks on regulaarne hooldus oluline pumpade üksustele?

  Regulaarne hooldus aitab vähendada ootamatuid rikkeid umbes 60–65%, vähendades oluliselt ekspluatatsioonikulusid.

• Kuidas IoT-integratsioon kasu toob pumbahaldusele?

  IoT-integratsioon pakub reaalajas andmeid, tuvastades ette potentsiaalsed riked, vähendades remondikulusid ja pikendades tööiga.