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ESP+防護罩 大斜度井生產無憂

ESP+防護罩 大斜度井生產無憂

水平井和大斜度井的應用能夠大幅度提高井筒與儲層的接觸面積,進而提升生產效率,但同時,地層中溢出氣體的量也會隨之明顯增加,這會對ESP設備的使用造成極大的困擾。貝克休斯為解決這些問題,大力研發了新型ESP系統。

來自 | Upstream
編譯 | 白小明

在非常規井中,電潛泵(ESP)系統出現故障的頻率經常高于正常值,因此,研究人員越來越多地關注延長ESP壽命的研發工作。研發工作要面對的首個基本問題便是電潛泵不斷變化的作業工況。

貝克休斯人工舉升生產線總監Nathan Holland表示,“非常規井的工況處于動態變化之中,每天都不同?!?/span>

電潛泵使用中面臨的挑戰包括安全將ESP下入大斜度井、解決產量驟減問題、解決氣體段塞流問題以及產出流體變化等問題,這些問題通常導致單井一年內需要頻繁更換ESP系統。

Holland稱,“我們希望能夠提供一種適用于單井整個生產周期的解決方案,隨著我們對井況(即產量驟減、高含蠟、大斜度井)的不斷了解,我們認識到需要采取一些重要舉措?!?/span>

其中之一便是確保ESP不被損壞,安全下到位。

“首先,你需要保護好ESP設備,尤其是在下入安裝的過程中?!?/span>

實現上述目的的方案是給ESP系統增添一個護罩,即使是在小曲率半徑的彎曲井段,護罩也能使ESP在下入套管和安裝過程中免受損壞。添加護罩的方案之前主要用于給馬達降溫,它可以在ESP系統與實際套管之間形成緩沖帶。

Holland表示,“在將設備下入到斜井中時,設備會與套管產生摩擦,而現在護罩代替ESP承受了摩擦力,因此我們從根本上避免了下入過程中ESP損壞的問題?!?/span>

對于7in的套管井,可以采用5-1/2in的護罩,下入外徑為4in的400系列ESP。對于5-1/2in的套管井,可以采用4-1/2in的護罩,下入外徑為3.75in的300系列ESP。

為提高鉆井效率和井筒穩定性,作業公司通常更喜歡小尺寸的套管。Holland介紹說,“我們一直在跟蹤作業公司使用的套管尺寸,如果套管尺寸繼續縮小,我們也將改進設備來適應小尺寸套管?!?/span>

一旦ESP系統入井后,必須能夠經得起氣體段塞流和生產流體變化等工況。

Holland 解釋道,“一旦井底壓力達到某個值,進入井筒的氣體量將高于初始值。在斜井段,將形成氣液波動面。隨著流體從儲層進入井筒,越來越多的氣體將從儲層釋放并聚集在波動面的高端?!?/span>

最后,形成的氣體段塞流被打破,沿井筒向上返出,置換液相流并使生產中斷。

Holland稱,“這與以前ESP的正常作業環境不同,這并不是ESP的理想作業工況?!?/span>

解決氣體段塞流的第一步是檢查ESP系統吸入口的朝向。

Holland表示,“隨著流體進入斜井段,氣體中的液相變得活躍,打破了正常的流態,并形成泡沫,從而很難被采出。為此,我們研發了減緩氣體干擾的設備,專門用于斜井段和水平段。防氣侵泵(Gas Avoider pump)的吸入口采用了重力杯技術來改變工具吸入口的朝向,可以有效關閉工具高端的吸入口,引導氣體沿套管向上,而流體可以繼續從工具低端流入泵內?!?/span>

防護罩

之前的護罩工作壽命有限,最終貝克休斯決定全方位封裝ESP,以改變ESP的工作環境,他表示,“在井筒內再形成一口人工井,這便是我們當初如何設想CENesis PHASE的?!?/span>

上返出井筒,同時流體進入護罩,完全浸沒ESP,氣體段塞流始終不會進入ESP。

他表示,“該技術類似于在套管內形成一個小的流體池,可以將累積在護罩里的液體泵出到地面,而氣體則不會進入ESP系統?!?/span>

護罩的長度可以根據情況改變,根據油田及鄰井數據,油服公司可以插值確定段塞的長度,再設計出足夠長的護罩系統來保護ESP系統。

ESP泵出護罩內的流體時會產生熱量,需要冷卻馬達。該系統設計采用一個含有一系列小直徑管柱的循環系統來冷卻馬達。

另外,貝克休斯使用其AMBIT服務來監測和遠程控制ESP。Electrospeed Advantage無級變速ESP配合MaxRate軟件,通過自動清除聚集的氣體以及控制壓降速度,可以減緩因含氣量高帶來的生產干擾。

Holland稱貝克休斯已經使用了固相清除工具,如除砂器和防砂罩,來確保CENesis PHASE不會成為一個積砂點。

應用案例

截止目前,貝克休斯的CENesis PHASE在美國入井已超過1000次,Holland稱,該工具可以應用于任何受氣體段塞流困擾的井況。

首套系統已入井3年多,現場作業人員用它代替了之前平均故障時間小于1年的設備。

俄克拉荷馬有一口井,套管尺寸為7-1/2in,已經采用氣舉生產了很長時間,但是作業公司始終無法將井底壓力降低到預期值。該油田其他井的井底壓力在到達該預期壓力值時,必然會遇到氣體段塞問題。Holland稱,此井是采用該技術的“理想候選井”。

生產記錄顯示,壓力達到目標井底壓力值時,會出現大段較長的段塞流。隨著CENesis PHASE系統的使用,作業公司成功將井底壓力從683psi降至150psi。最終,產油量提高了19%,產氣量提高了43%,ESP的使用壽命延長了73%。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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