Kurie siurbimo agregatai tinka naftos lauko aukšto slėgio išgavimo poreikiams?

Suprasti aukšto slėgio išgavimo reikalavimus

Kodėl standartiniai siurbimo įrenginiai sugenda virš 3 000 psi atbulinio slėgio

Dauguma standartinės siurbimo įrangos pradeda gedėti, kai slėgis viršija 3 000 psi, dėl to, kaip jie yra suprojektuoti nuo pat pagrindų. Standartinėse pompoms būdingi NBR gumos tarpikliai dažniausiai išsilydo apie 3 200 psi, o šie slėgio šuoliai ilgainiui sukelia mikroskopinius įtrūkimus čiurkšlinio geležies detalių ir voztuvų viduje. Kai slėgis viršija 2 800 psi, stūmokliai pernelyg išlinksta, dėl ko sumažėja siurblio veikimo efektyvumas apie 12–18 procentų. Šiomis sąlygomis voztuvai taip pat susidėvi greičiau – maždaug 40 % greičiau nei esant žemesniems slėgiams, žemesniems nei 2 500 psi. Dar labiau pablogina padėtį tai, kad šios siurblių konstrukcijos netinkamai sustiprintos, kad atlaikytų tokias ciklines apkrovas giliai po žeme. Jų išjungimas sukelia staigius slėgio pokyčius, kurie sukelia įtrūkimus rankinėms ašims ir jungiamosioms rankovėms, ypač problematiška naftos gręžiniuose, gilesniuose nei 4 000 metrų, kur tokio pobūdžio gedimų taisymas gali kainuoti labai brangiai.

Pagrindinė fizika: Slėgio nuostoliai, skysčio suspaudžiamumas ir tūrinis našumas dideliame gylyje

Trys tarpusavyje susiję fizikiniai principai valdo našumą aukšto slėgio šaltinių giluminėse gręžiniuose:

1. Netiesinis slėgio nuostolis : Mažos pralaidumo formacijose hidraulinis pasipriešinimas padidėja 18–27 % kas 500 metrų gylio – tam, kad būtų išlaikytas srautas, reikalingas didesnis išleidimo slėgis.
2. Skysčio suspaudžiamumo poveikis : Reservuarų temperatūrose (pvz., 150 °C) naftos tūris susitraukia 3–5 % kas 1 000 psi, dėl ko sumažėja efektyvus pritekėjimas ir padidėja siurblio nepakankamo užpildymo rizika.
3. Tūrinio našumo kritimas : Duomenys iš Permio baseino rodo, kad tūrinis našumas 4 000 m gylyje krenta iki <65 %, palyginti su ~85 % esant 1 500 m – todėl siekiant pasiekti tikslinį gamybos lygį, reikalingas 25–30 % didesnis siurbimo darbas. Dujų poveikis dar labiau apsunkina situaciją: dujų išsiskėrimas ir jų plėtimasis kilimo ciklo metu sukelia garso užraktą, ypač aukšto dujų išeigos santykio (GOR) rezervuaruose.

Geriausi siurblių agregatų tipai aukšto slėgio taikymams

Stūmokliniai siurbliai: tikslumas, slėgio klasifikacija ir sandarų medžiagų parinkimas

Plungeriniai siurbliai sukurti specialiai aukšto slėgio naftos gavybai, jie gali išlaikyti slėgį gerokai viršijantį 5 000 psi, nesumažindami našumo. Šie siurbliai išlaiko pastovią srauto apimtį net esant dideliam atbuliniam slėgiui – sąlygomis, kuriomis krumplių ir pleištiniai siurbliai nebegali konkuruoti jau pasiekus apie 3 000 psi, kai jų efektyvumas staigiai krinta. Tačiau ilgalaikio patikimumo požiūriu labiausiai svarbu tai, iš ko pagaminti tie sandarikliai. Darbo vietose operatoriai žino, kad stiprinti termoplastikai, tokie kaip PEEK, arba specialūs elasčiukai, pavyzdžiui, FKM-GLT, daug geriau atlaiko sprogimus šiurkščiose aprotinių dujų aplinkose su aukštu vandenilio sulfido kiekiu. Permiano baseine inžinieriai nustato plungerių tarpus mažesnius nei 0,0005 colio, derindami juos su sukietintais metalais, kad būtų sumažintas tiek skysčių nutekėjimas, tiek dilimas dėl abrazyvinių medžiagų. Toks dėmesys detalėms atsipirko tūrine efektyvumu, viršijančiu 92 %, o techninės priežiūros intervalai yra apie 40 % ilgesni lyginant su tradiciniais pleištinių siurblių sistemomis.

Siurblių stūmoklių privalumai labai giliais HP/HT grąžtuose (pvz., Permio baseinas)

Labai giliuose HP/HT šuliniuose, ypač tuose, kurie randami Volfkampo slėnio formacijose per visą Permio baseiną, grįžtamojo veikimo siurbimo įrenginiai tapo pagrindiniu sprendimu eksplotuojant šulinius, esančius žemiau 15 000 pėdų gylio. Šie šuliniai taip pat susiduria su ekstremaliomis sąlygomis: temperatūra dažnai viršija 300 laipsnių Farenheito, o slėgis gali pasiekti net 10 000 psi. Kas daro šiuos siurblius tokiais efektyviais? Jie pasižymi moduline konstrukcija, kurioje naudojama kelių cilindrų sistema – paprastai iš viso būna nuo trijų iki penkių pakopų. Toks išdėstymas padeda geriau valdyti dujų buvimą eksploatavimo metu, taip pat leidžia atlikti etapinį kompresijos procesą, sumažinant naudingumo praradimus, kuriuos sukelia dujų suspaudžiamumo problemos. Praktiniai lauko tyrimai parodė, kad šie įrenginiai sunaudoja apie 30 procentų mažiau energijos lyginant su tradicinėmis hidraulinėmis sistemomis, kai reikia siurbti tirštą, karštą naftą. Be to, yra dar viena nauda, apie kurią niekas daug nekalba, bet kuri yra labai svarbi: kadangi jie veikia tiesioginiais mechaniniais pavariais, o ne hidrauliniais, operatoriams nereikia jaudintis dėl galimo užteršimo dėl skysčių nutekėjimo. Svarbiausia, kad šie siurbliai išlaiko veikimą daugiau nei 85 % lygiu net ilgalaikės ekstrakcijos metu, todėl daugelis operatorių juos laiko praktiškai nepažeidžiamais tada, kai patikimumas tikrai turi reikšmę.

Išplėstinės pažangios siurbimo įrenginių konfigūracijos vertinimas

Hidrauliniai ir elektriniai hibridiniai siurbimo įrenginiai: energijos naudojimo efektyvumas ir patikimumas esant >4 000 psi

Dėl tvirtos skysčio pagrindu veikiančios jėgos perdavimo sistemos ir minimalaus elektros poveikio hidrauliniai siurbimo įrenginiai išlieka tinkami eksploatuoti labai aukštu slėgiu (>4 000 psi), todėl yra tinkami pavojingoms ar nuošalėms vietovėms. Tačiau būdingos neefektyvumai, tokie kaip šilumos išsiskirstymas ir skysčio trintis, sumažina bendrą sistemos efektyvumą 15–20 % lyginant su šiuolaikiniais sprendimais.

Elektriniai hibridinės sistemos užpildo šią spragą naudodamos regeneracines variklius, kurie atgauna stabdymo energiją ir grąžina ją atgal į sistemą, taip sumažindamos energijos suvartojimą apie 30 procentų veikiant ciklais. Šios sistemos aprūpintos tiksliais skaitmeniniais valdikliais, kurie greitai reaguoja į kintamus slėgio lygius, be to, jose yra mažiau judančių dalių, todėl tiesiog nėra tiek daug vietų, kur galėtų kilti problemų. Našumas išlieka stabilus net esant slėgiui, viršijančiam 5 000 psi, be jokio pastebimo efektyvumo sumažėjimo. Kai dirbama su labai giliais aukšto slėgio ir temperatūros (HP HT) gręžiniais, ypač tais, kuriuose srauto greitis nuolat kinta ir kur energijos sąnaudos turi didelę reikšmę, tokios hibridinės konfigūracijos pasiekia geriausią įmanomą pusiausvyrą tarp stiprių hidraulinių slėgio galimybių palaikymo ir elektrinių variklių būdingo efektyvumo.

Optimalaus siurbimo agregato parinkimas ir matmenų nustatymas

Teisingo dydžio parinkimas prasideda reikiamo srauto greičio nustatymu, matuojamu barelių per dieną, kartu atliekant bendrųjų dinaminių slėgių (TDH) skaičiavimus. TDH skaičius turi apimti visus vertikalaus kelimo poreikius, taip pat bet kokias trinties nuostolius iš vamzdynų ir įvertinti jau esantį statinį slėgį rezervuare. Tai, su kokia skysčio rūšimi susiduriame, taip pat labai svarbu parenkant medžiagas ir visos sistemos konfigūraciją. Jei klampumas viršija 50 centipoizė, būtinos specialios mažo slydimo sandaros, o vožtuvų sinchronizavimas turi būti tiksliai sureguliuotas. Kai dalelės, turinčios abrazyvinių savybių, sudaro daugiau nei 5 % mišinio, būtini sukietinti komponentai, tokie kaip stūmokliai, vožtuvai ir cilindrų įdėklai, kad būtų užkirstas kelias dilimui. Kai slėgis viršija 4 000 psi, protinga pasirinkti siurblius, kurie gali išlaikyti bent 120 % numatomo slėgio ir temperatūros sąlygų. Tai padeda suderinti faktiškus žemės gelmėje vykstančius procesus su mūsų įrangos techniniais parametrais. Patikrinkite, ar siurblio charakteristika rodo geriausią efektyvumo tašką (BEP) maždaug 20 % ribose nuo tos vietos, kurioje planuojama dirbti dažniausiai. Būnant šiame optimaliame intervale, energijos sąnaudos sumažėja apie 15–30 procentų, o priežiūros išlaidos yra žemesnės, nes dalys tarnauja ilgiau. Nepamirškite ir galimybės augti. Papildomas pajėgumas 10–15 % suteikia erdvės gamybos kritimui laikui bėgant ir neleidžia atsirasti problemoms, tokioms kaip kavitacija ar blogas našumas, kai veikla tęsiasi vėlesniais etapais.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kodėl standartiniai siurbimo agregatai nebeveikia virš 3 000 psi?

Standartiniai siurbimo agregatai nebeveikia virš 3 000 psi dėl konstrukcinių apribojimų, tokių kaip NBR guminių tarpinių išsiveržimai, įtrūkimų atsiradimas ketaus detalėse ir nepakankamas stiprinimas slėgio šuoliams bei požeminėms apkrovoms.

Kodėl aukšto slėgio taikymui teikiama pirmenybė plunger siurbliams?

Plunger siurbliams teikiama pirmenybė aukšto slėgio taikymui, nes jie gali tvarkyti slėgį virš 5 000 psi be našumo kritimo, užtikrina pastovią srauto eiga esant atbuliniam slėgiui ir naudoja ilgaamžes tarpines bei medžiagas, atsparias išsiveržimams ir dilimui.

Kaip elektro-hibridiniai siurbimo agregatai padidina energijos naudojimo efektyvumą?

Elektro-hibridiniai siurbimo agregatai padidina energijos naudojimo efektyvumą rekuperuodami stabdymo energiją per regeneracines variklius, užtikrindami tikslų skaitmeninį valdymą ir sumažindami energijos suvartojimą apie 30 % lyginant su tradiciniais hidrauliniais sistemos.

Kokie veiksniai yra svarbūs renkantis optimalų siurbimo agregatą?

Pagrindiniai veiksniai apima reikalingo srauto greičio nustatymą, bendrųjų dinaminių charakteristikų skaičiavimus, skysčio savybes, mažo slydimo sandarų naudojimą aukštos klampumo skysčiams, sukietintų detalių parinkimą abrazyviškoms mišinėms, bent 120 % didesnio nei numatyta slėgio ir temperatūros sąlygų valdymą bei siurblio charakteristikos atitiktį su darbo diapazonu.