Kurie naftos telkiniai tinka siurbliams stabiliai naftos kasybai?

Siurblio agregato našumo suderinimas su išgavimo greičiu ir rezervuaro gyliu

Optimalus ėjimo ilgio ir greičio parinkimas žemo iki vidutinio debitų šuliniams (5–50 BOPD)

Teisingai suderinus kiekvieno įstūmimo ilgį ir siurblio darbo greitį, pasiekiama didelė efektyvumas vidutinio našumo šuliniuose, kurie negamina milžiniškų kiekių. Tiriant šulinius, kurie per dieną išgauna nuo 5 iki 50 barelių naftos, dauguma operatorių savo optimalią vietą randą apie 6–15 įstūmimų per minutę, o įstūmimo ilgis svyruoja nuo maždaug 40 iki 100 colių. Tačiau viršijus šiuos skaičius, dalykai greitai pradeda blogėti. Siurblys ima daužytis į skysčius vietoj to, kad juos sklandžiai judintų, dėl ko mechaniniai komponentai susidėvi greičiau nei kas nors norėtų. Pavyzdžiui, viena įmonė, veikianti Permo baseine, sumažino įrangos gedimus beveik trečdaliu, kai sustojo ties 78 coliais trunkančiais įstūmimais ir 10 įstūmimų per minutę (SPM), kaip nurodyta 2022 m. žurnale „Production Optimization Journal“ paskelbtoje studijoje. Be to, reikia atsižvelgti ir į kitus veiksnius. Naftos klampumas yra labai svarbus – storesniam sunkvežimiui reikia lėtesnio siurbimo greičio, kad siurblys tinkamai užsipildytų. Kryptiniai šuliniai pasako visai kitą istoriją, kadangi jie gali ištverti žymiai greitesnius ciklus, nesulaužydami strypų ar sukeliant kitų pažeidimų.

Giliavietės apribojimai: strypo apkrova, lenkimasis ir galios perdavimo efektyvumas virš 6 000 pėdų

Kai gręžiamasi giliau nei 6 000 pėdų, erzinantys harmoniniai virpesiai pradeda sukelti rimtų problemų sriegių strypams. Įtempis kaupiasi tokia greičiu, kad pavojus, jog strypai sulinks, padidėja daugiau nei 300 %, kai gręžiamasi giliau nei 8 000 pėdų, remiantis standartiniais pramonės imituojamais skaičiavimais. Laimei, šiuolaikiniai nuožulnūs iš D klasės lydinio pagaminti strypai padeda gana gerai. Šie specialūs dizainai paskirsto apkrovą per visą strypų grandinę, o ne koncentruoja jos viename taške, todėl viršutinės poliruoto strypo apkrovos sumažėja apie 15–25 procentais, palyginti su įprastais tiesiais strypais. Kalbant apie galios perdavimą, kuo giliau po žeme, situacija darosi blogesnė. Kiekvienas papildomas tūkstantis pėdų po 6 500 pėdų reikalauja 10–18 % daugiau variklio sukimo momento dėl kaupiamo skysčių trinties ir pačių strypų ištempties efektų. Todėl dauguma inžinierių rekomenduoja naudoti reduktorius, kurių galia bent 30 % didesnė už apskaičiuotą reikalingą minimumą. Papildoma talpa padeda susidoroti su neprognozuojamais apkrovos šuoliais be gedimų eksploatacijos metu.

Poliruoto strypo apkrovos analizė ir indikacinės diagramos interpretacija, siekiant gilinio ir dažnio derinimo

Dinaminiai poliruoto strypo apkrovos matavimai – pateikiami dinamometro (indikacinės) diagramomis – atskleidžia paslėptas sistemos apkrovas per keturis diagnostikos modelius:

1. Skysčių tvinksnis : staigus slėgio kritimas, po kurio seka aštrus šuolis, rodantis nepakankamą siurblio užpildymą
2. Dujų trukdžiai : netolygūs, netaisyklingi slėgio svyravimai
3. Strypo lūžis : staigus, ilgalaikis apkrovos sumažėjimas
4. Vamzdžių trintis : nesimetriškos įkėlimo/iškėlimo apkrovos kreivės

Šių parašų interpretavimas leidžia tiksliai reguliuoti siurblio panardinimo gylį arba ėjimo profilį. Duomenys iš 142 gręžinių rodo, kad nesuderintas siurblio matmenų parinkimas švaisto 12–18 % įvestos energijos dėl nepilnų ėjimų – todėl realaus laiko dinamometrinė analizė yra būtina, kad paviršiaus įranga būtų suderinta su rezervuaro sąlygomis.

Atvejo analizė: Vertikalūs gręžiniai Permijos baseine – NEMA klasės C variklių suderinimas su 8 000 pėdų rezervuaro gyliu

Permio baseino operatorius susidūrė su rimtomis problemomis, kai perkėlė 37 vertikalias kasyklas į gilesnius Midlando taikinius apie 8000 pėdų po žeme. Standartiniai NEMA klasių C varikliai nesusidorojo su šia užduotimi, sugedantys nerimą keliančiu 63 % greičiu vos per 15 mėnesių, nes jiems tiesiog trūko reikiamo sukimo momento. Kas padėjo? Jie pasirinko ypatingai pagamintus variklius su stipriais guoliais ir paleistuvus, kurie buvo 50 % didesni nei įprasta. Be to, buvo naudojamos 1,75 colio viršutinės strypeliai bei laiptuoti strypeliai, kurių skersmuo mažėja nuo 7/8 colio iki 3/4 colio. Visų šių sprendimų derinys davė didžiulį efektą. Prastovos sutrumpėjo beveik penktadaliu, gamyba išliko pastovi – 28 barelius per dieną, o svarbiausia, strypelių keitimo intervalas pailgėjo nuo kas 8 mėnesius iki beveik kas 2 metus.

Gręžinio dugno slėgis ir skysčio lygio dinamika: Kai siurbliavimo vienetams sekasi

Kritinis skysčio lygio slenkstis (<300 pėdų virš siurblio įsiurbimo angos), sukeliantis dujų užraktą ar nepakankamą apkrovą

Skystžalių laikymas ne toliau kaip 300 pėdų nuo siurblio įsiurbimo angos padeda išvengti problemų, tokių kaip dujų užraktas ar nepakankamas apkrovimas, kurios gali rimtai sumažinti siurblio našumą ir greičiau susidėvėti stiebus nei įprastai. Kai siurbliai veikia su nepakankama apkrova, jie nepasiekia pilno ėjimo pajėgumo, dėl ko ištraukimo efektyvumas sumažėja nuo 15 % iki 25 %. Tokiu atveju labai pasiteisina kintamo dažnio pavairo įtaisai. Šie prietaisai automatiškai reguliuoja ėjimo greitį priklausomai nuo to, kas momentu patenka į sistemą. Aplinkos operatoriai, kurie pereina prie įrangos su VFD, praneša apie reikšmingus patobulinimus. Pagal MLG Pump surinktus duomenis iš Permijos baseino, šios sistemos sudėtingomis rezervuarų sąlygomis reikalauja maždaug 40 % mažiau techninės priežiūros įsikišimų lyginant su tradiciniais sprendimais. Tai visiškai suprantama kalbant apie ilgalaikes išlaidas ir eksploatacinį patikimumą.

Mažėjantis rezervuaro slėgis brandžiose laukuose: kodėl siurbimo vienetams būdingas geresnis našumas nei ESP esant žemesniam minimaliam nuleidimui

Kai slėgis rezervuare nukrenta žemiau 200 psi senėjančiose naftos laukuose, konvenciniai siurbimo įrenginiai gali išlaikyti pelningą veiklą net su tik 100–150 psi slėgio kritimu. Tai žymiai mažiau nei reikia elektriniams panardinamiems siurbliams, kuriems tinkamam veikimui paprastai reikia nuo 300 iki 400 psi. Priežastis slypi jų esminiuose konstrukciniuose skirtumuose. Sijininiai siurbliai veikia mechaniniu būdu sukeliant pakeliamąją jėgą, nereikalingą dideliems slėgio skirtumams, kurie kitose sistemose skatina skysčio tekėjimą. Elektriniai panardiniai siurbliai blogai veikia tuomet, kai per juos nevyksta pakankamas slėgio skirtumas. Šią tendenciją patvirtina ir lauko duomenys. Realio laiko siurbimo įsiurbimo slėgio stebėjimai parodo aiškų skirtumą. Apie dvi trečiosios mažų produktyvių šulinių, kurie pagamina mažiau nei 15 barelių per dieną, toliau veikė naudodami standartinę siurbimo įrangą net po nepavykusių elektrinių panardinių siurblių pakeitimo. Be to, nepamirškime ir energijos sąnaudų. Šie tradiciniai siurbliai sunaudoja žymiai mažiau energijos vienam pagamintam bareliui, todėl yra ypatingai tinkami naudoti rezervuaruose, kurie laikui bėgant prarado daugumą savo natūralaus slėgio.

Skysčių sudėties iššūkiai: klampumo, kietųjų dalelių ir vandens kiekio poveikis siurbimo įrenginiams

Stipriai susigeriaučiuotas nafta (API <20°) ir aplinkos su dideliu kietųjų dalelių kiekiu: momentinės apkrovos šuoliai ir stumtuvų nusidėvėjimo pagreitėjimas

Kai dirbama su sunkiąja nafta, kurios tankis yra žemesnis nei 20 laipsnių API, siurbimo sistemos susiduria su žymiai padidėjusiu pasipriešinimu dėl tiršto skysčio. Kiekvienas penkių laipsnių sumažėjimas API tankyje žemiau 25 laipsnių sukelia 18–22 procentų didesnį reikalavimą momentinei jėgai, dėl ko pavara ir varomieji įrenginiai patiria didelę apkrovą. Tuo pačiu metu gręžiniuose, kurių smėlio kiekis viršija 500 milijonų dalių, siurbimo stumtuvai nusidėvi apie tris kartus greičiau lyginant su švaresnėmis sąlygomis. Lauko operatoriai žino, kad šios dvi problemos kartu reiškia, jog reikia naudoti atsparesnes medžiagas komponentams, taikyti tikslingesnius gamybos reikalavimus ir reguliariai atlikti patikras naudojant dinamometrus, norint išvengti netikėtų gedimų, kurie kainuoja pinigų ir priverstinės sustabdymo laiko.

Vandens kiekio didėjimas (>70 %): pasekmės skersinio korozijai ir hidraulinės efektyvumo netektims

Kai vandens kiekis viršija 70 %, korozijos problemos smarkiai pablogėja angliniams plieniniams skersiniams, ypač jei aplinkoje yra anglies dioksido arba vandenilio sulfido. Šiomis sąlygomis duobelinė korozija gali pašalinti metalo paviršių apie pusę milimetro per metus. Kita problema ta, kad šis skysčio sudėties pokytis iš tikrųjų sumažina hidraulinę efektyvumą nuo 15 iki 25 procentų, nes skystesnis mišinys sukelia didesnį slydimą stūmokliuose. Siekiant išspręsti šias problemas, operatoriams pirmiausia reikėtų apsvarstyti aukos anodų naudojimą. Be abejo, verta apsvarstyti ir geresnius skersinių dengimo būdus. Be to, tikslinga sumažinti siurblių tarpus, jei norime išlaikyti tūrinį efektyvumą nepaisant to, kaip laikui bėgant keičiasi skysčių savybės. Šie pakeitimai jau nebėra pasirinktini, atsižvelgiant į tai, kas vyksta šiuolaikinėse gamybos aplinkose.

Prieštaringumo analizė: ar progresyvinio kavitacijos siurbliai išstumia sijinius siurblius aukšto vandens kiekio sunkiojo naftos laukuose?

Progresyvinio kavitacijos siurbliai gerai veikia esant itin klampiems skysčiams, tačiau senesniuose sunkiosios naftos laukuose, kuriuose yra didelis vandens kiekis, vis dar vyrauja sijiniai siurbimo įrenginiai. Sijinių siurblių paprasta mechanika leidžia jiems veikti apie 92–95 procento laiko net smėlingose aplinkose, kas pranašesnis rodiklis už daugumą rotacinių sistemų, pasiekiančių tik apie 80–85 procentų veikimo laiką. Kitas svarbus sijinių siurblių privalumas – jie geriau nei kitos sistemos tvarkosi su dujų ertmėmis, nesusidurdami su užsiblokovimu, kas ypač svarbu, kai formacijos dujų santykis viršija 500 standartinių kubinių pėdų vienam bareliui. Taip pat verta pažvelgti į skaičius: sijinių siurblių įrengimas paprastai kainuoja apie 45 000 JAV dolerių, palyginti su 120 000 JAV dolerių progresyvinio kavitacijos siurbliams, todėl operatoriai linkę laikytis sijinių vienetų vidutinio gylio sunkiosios naftos gavyboje, kur svarbios biudžeto ribojimai.

Pumpu įrenginių tinkamumas stabiliai gamybai veiklos ir aplinkos požiūriu

Gręžinių sąlygos stabiliai gamybai: pastovus skysčio lygis, minimalus dujų poveikis ir prognozuojamos mažėjimo kreivės

Kai rezervuaro sąlygos atitinka tai, kurią buvo sukurtas siurbimo įrenginys, šios sistemos veikia geriausiai. Nuolatinis skysčių lygio palaikymas virš siurblio įsiurbimo angos sustabdo naikinančius siurbimo nutraukimo ciklus, kurie labai daug laiko ir pinigų švaisto. Operatoriai iš Permijos baseino pastebėjo apie 30 % sumažėjusį techninio aptarnavimo poreikį nuo to laiko, kai buvo įdiegta ši sistema, pagal paskutinių metų gamybos duomenis. Taip pat išlieka susirūpinimas dėl dujų poveikio. Jei dujos sudaro daugiau nei 15 % išgaunamos masės, siurbliai tampa neveiksnūs tinkamai užpildyti. Visi esame matę gręžinių, kuriuose dėl dujų užblokavimo problemų produkcija kartais sumažėja per pusę. Dėl to automatinės dinamometrinės patikros dabar tampa standartine praktika. Šios reguliarios apžvalgos leidžia technikams koreguoti parametrus, tokius kaip ėjimo greitis, dar prieš prasidedant produktyvumo mažėjimui. Rezultatas? Kur kas geresnis techninio aptarnavimo planavimas. Įranga tarnauja nuo dviejų iki trijų metų ilgiau, lyginant su laukimu, kol kažkas sugestų.

Mechaniniai ir hidrauliniai rodikliai kintamomis apkrovomis: siurbimo strypų eilučių nuovargio trukmės modeliavimas

Kai naftos lauko darbininkai pradeda naudoti deformacijų pagrįstus nuovargio modelius vietoj senųjų metodų, siurbimo strypų gedimai žymiai sumažėja. Šie modeliai atsižvelgia į įvairius kintamus apkrovos veiksnius, kurie atsiranda eksploatuojant, pavyzdžiui, kaip laikui bėgant keičiasi skysčių klampumas arba kai strypai ištempti dėl dar gilesnio nusileidimo po žeme. Kai kurios naujesnės kompiuterinės programos iš tiesioginio lauko apkrovos duomenų gali numatyti, kur gali pasireikšti problemos – net prieš 400 valandų iki jų faktinio atsiradimo. Tai suteikia techninės priežiūros komandoms pakankamai įspėjimo, kad galėtų pakeisti dalis dar prieš visiškai susidūrus su gedimu. O juk niekas nenori susidurti su sustabdymu darbo. Pagal 2023 m. Ponemon Institute atliktus tyrimus, kiekvienas didelis sustojimas vidutiniškai kainuoja apie septynis šimtus keturiasdešimt tūkstančių dolerių. Vietose, kuriose dirbama su itin klampusiais naftos produktais, puikiai veikia koninių strypų eilės. Bandymai parodė, kad šie specialūs dizainai beveik dvigubai sumažina strypų lūžimus, palyginti su įprastais tiesiais strypais. Paslaptis, atrodo, yra ta, kad įtampa paskirstoma per visą ilgį, o ne koncentruojama viename taške.

Nuotolinių zonų veikla su dyzeliniais/gamtinės dujų varikliais: patikimumo privalumai lyginant su elektros tinklu priklausomais ESP

Kai nėra prieigos prie elektros tinklo, dyzeliniai arba gamtinių dujų siurbliai toliau veikia tada, kai panardinami elektriniai siurbliai (ESP) išjungiami dėl elektros tiekimo nutraukimo. Šie varikliu varomi sistemos veikia apie 98 % laiko, kai dingsta maitinimas iš tinklo, tuo tarpu ESP gali prarasti nuo 15 iki 20 % produkcijos tose Kanados naftos laukuose. Tai, kas tikrai svarbu, yra tai, kaip šie degimo varikliai susidoroja su staigiais įtampos svyravimais ir paleidimo problemomis, kurios dažnai atsiranda Arkties regionuose, o su kuo paprasti generatoriai tiesiog negali susitvarkyti. Mažesniems gręžiniams, kurių pelnas vos siekia lūžio tašką, šis patikimumas tampa absoliučiai būtinas. Ir skaičiai taip pat nepalieka abejonių – pagal tyrimų ataskaitas, kurių matėme iš nuotolinių gręžinių projektų Šiaurės Kanadoje, elektros linijų tiesimas kainuoja daugiau nei 250 000 JAV dolerių už mylią.

DUK

Koks yra optimalus ėjimo ilgis ir greitis gręžiniams, gaminantiems 5–50 BOPD?

Optimalus ėjimo ilgis yra tarp 40 ir 100 colių, o greitis turėtų būti apie 6–15 judesių per minutę. Nukrypimas nuo šio diapazono gali sukelti mechaninį dėvėjimąsi ir neefektyvumą.

Kokie rizikos susiję su gręžimu giliau nei 6 000 pėdų?

Dėl harmoninių virpesių lenkimo rizika padidėja daugiau kaip 300 %, o galios perdavimas tampa mažiau efektyvus, todėl reikia didesnio variklio sukimo momento ir stipresnių pavarų dėžės reduktorių.

Kodėl subrendusiuose laukuose, kuriuose slėgis rezervuare mažėja, siurbimo vienetai yra pageidautinesni už ESP?

Siurbimo vienetams reikia mažesnio slėgio sumažinimo (100–150 psi) lyginant su ESP (300–400 psi). Jie taip pat sunaudoja mažiau energijos ir išlaiko gamybos gyvybingumą net esant žemesniam rezervuaro slėgiui.

Kaip sunkus naftos produktas ir aukšto kietųjų dalelių kiekio aplinkos veikia siurbimo vienetus?

Sunkus naftos produktas padidina sukimo momento poreikį 18–22 %, o aukšto kietųjų dalelių kiekio aplinkos pagreitina strypų dėvėjimąsi, todėl reikalingos stipresnės medžiagos ir reguliarūs patikrinimai, kad būtų išvengta gedimų.

Kokį vaidmenį atlieka dyzeliniai/dujiniai varikliai nuotoliniuose darbuose?

Jie užtikrina didelį patikimumą ir palaiko veiklą per elektros tiekimo nutraukimus, skirtingai nuo tinklu priklausomų elektrinių panardinamųjų siurblių (ESP), kurie gali prarasti didelę gamybos talpą.