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業界巨頭聯合攻關 大力提升ESP運行壽命

業界巨頭聯合攻關 大力提升ESP運行壽命

由于ESP良好的性能,其在油氣開采中應用十分廣泛。但隨著井況的復雜化,ESP經常出現運行時間短、故障頻發等常見問題。斯倫貝謝推出的MaxFORTE能夠顯著改善以上問題,大幅延長ESP在復雜井況下的壽命。

來自 | E&P
編譯 | 張德凱

毫無疑問,電潛泵(ESP)是效率最高的人工舉升方式之一,在全世界各地的油田中都起到了提高產率和采收率的重要作用。隨著油氣開發逐漸深入到復雜地質環境和褐色油田中,ESP技術也得到了長足發展,其中最為引人注意的就是混合流葉輪設計,采用這種設計后, ESP的工作范圍更大、更加耐用,可以應用到多種復雜井況下,應用范圍更廣。

然而,雖然人工舉升技術取得了顯著進步,但隨著開采難度升高,以ESP為代表的人工舉升技術遇到了更大的難題。當前,大多數油田的ESP運行壽命都短于2年,尤其是在復雜井況中,如使用干式采油樹的復雜海上油井、水下油井以及偏遠油田等,這些地區的人工干預作業費用極高,ESP運行壽命是影響油田經濟效益的關鍵因素。在這些人工干預作業受限的地區,更換ESP、修井作業以及停工所造成的損失通常為ESP設備成本的5倍,一般高達數百萬美元。

在井況復雜和人工干預成本較高的油田,為了防止ESP過早發生故障或是開采性能降低等問題的出現,開發商不得不選擇氣舉等其他人工舉升方式,但這樣又降低了開采速率和采收率。面對這樣的困境,為了提高開采效率、降低整體開發成本,開發商將運行穩定、使用壽命長的ESP系統列在了“最需開采設備”心愿單的首位,可謂望眼欲穿。

為了解決上述難題,斯倫貝謝研發出了高穩定性ESP——MaxFORTE系統,該系統采用了最為先進的技術,能夠保證ESP設備在生產、應用中的質量與穩定性,其運行壽命明顯長于常規ESP設備。MaxFORTE于2015年12月正式投入商業應用,Apache公司在北海的四口井中率先采用了MaxFORTE電潛泵,目前這些設備運行良好,效率明顯高于其他ESP設備。

MaxFORTE系統專為解決人工干預作業受限的海上油井和陸上油井而研發,該系統從整體出發,融合了當前最為先進的人工舉升技術,能夠提高ESP在復雜井況中的穩定性和開采性能。斯倫貝謝優化了從工藝設計到生產、現場作業、安裝、在線監測等所有環節,所以MaxFORTE能滿足穩定性高、運行壽命長的要求。

優化設計 測試嚴格

斯倫貝謝在2008年開始了提高巴西深水油田Jubarte(鹽下層系)產量的計劃,MaxFORTE的出現標志著該計劃已經進入最關鍵的部分?;谠摰貐^MaxFORTE的成功,并結合該油田的成功經驗,斯倫貝謝將MaxFORTE技術產業化并應用于世界上的其他油田。MaxFORTE技術具有嚴謹的設計、高質量的生產把控、無縫安裝和全天候監測等特點,無疑是一次人工舉升技術的巨大進步。經過一系列努力,最終驗證斯倫貝謝的MaxFORTE電潛泵運行壽命為常規ESP的2倍,避免了設備故障早發,減少了相關的修井作業,縮小了NPT,降低了成本。此外,該系統實時監測技術的應用還能優化油井生產。

MaxFORTE的設計結合了常規ESP系統最為先進的技術、Jubarte油田案例中高穩定性ESP設備的部分工藝、高溫ESP設備(耐高溫250℃)的部分技術,最終得到了能夠大幅延長海上油田ESP設備運行時間的新型系統。

Apache的首要目標是獲取運行壽命更長的ESP設備,同時能夠避免設備故障早發的情況,從而減少人工干預次數、鉆機作業時間和NPT。若能避免設備故障,那么該油田每口井即可減少14~21天的修井時間,Apache就能更好地提升油田開采效率。在合作之初,Apache的目標是將ESP的平均運行壽命延長到2.5年,但在MaxFORTE出現后,該油田ESP設備的平均運行壽命長達4年,遠遠高于預期。

斯倫貝謝和Apache的合作包括監測2009年1月~2014年1月期間ESP設備的故障類型,之后斯倫貝謝的工程師以此數據為基礎來設計新型、高穩定ESP系統。分析結果顯示,造成設備故障的原因有很多,包括轉子磨損、電機失效、電子繞組故障、密封圈失效、設備老化以及電纜受損等。針對以上問題,設計團隊不僅解決了引發ESP停機的問題,還對輕微受損的部件進行了改進。最終,通過改善設計和生產流程,斯倫貝謝研發得到的高穩定性ESP系統能夠克服以上所有難題。

2015年4月,在英國北海的Forties油田MaxFORTE系統進行了首次現場應用。當時該油田有110口油井處于生產中,這些井共使用了57套ESP設備,而該油田40%的產量來自ESP井。正是由于該油田大量使用ESP設備,所以是理想的新型ESP設備的測試油田,首次測試共安裝4套MaxFORTE電潛泵。

斯倫貝謝利用技術突破解決特殊井況的ESP難題,高穩定性的MaxFORTE系統耐用性強,可用于高磨蝕、高腐蝕井以及高溫井。MaxFORTE所有的部件、設備都通過了專門的測試,測試方法、設備均為業內頂級標準,部件組裝都根據成熟方案進行。所有部件都可以追蹤,能夠保證ESP在運抵井場時無任何問題。MaxFORTE的測試過程非常嚴格,頻繁調整ESP的運行頻率、生產范圍來模仿井下產量波動,重復啟動、停機以測試軸承、泵軸和補償系統性能,確保ESP系統能經受頻繁開、停機和間歇作業的挑戰。

提高生產效率

在北海的應用中,四套MaxFORTE電潛泵系統在斯倫貝謝生產中心產出后直接運抵井場,運輸工具采用特殊設計,能夠降低50%以上的振動影響,防止設備發生彎曲等損壞問題。設備的安裝由受過培訓的工程師完成,斯倫貝謝提供耗材表和工作流程。該系統還有一套特殊的電纜滾筒設備,可以在設備入井過程中持續監測設備的完整性。結果,四套設備的安裝非常順利,沒有產生任何NPT。

ESP安裝后,即開始實行全天候監測,監測人員通過斯倫貝謝特有的遠程監測系統實時觀察可能發生的問題(井下信號、事件等),以確保連續、最優化的生產,防止ESP發生故障。MaxFORTE電潛泵還具有定制化的報警系統,能夠防止ESP運行超過設定的工作范圍。

在2015年4月完成第一套MaxFORTE電潛泵的安裝后,又繼續安裝了3套ESP,截止2016年4月1日,這四套系統累計運行時間已經超過1000天。

早期觀察和監測結果顯示,MaxFORTE電潛泵已經克服了大多數可預見的復雜井下情況,達到了預期的生產性能和效率。在2015年4~11月期間,ESP系統的在線生產時間延長了3%,達到了94~97%,而且安裝的四套ESP系統沒有產生任何的NPT。

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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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