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新型材料讓抽油桿導向器更低調

新型材料讓抽油桿導向器更低調

新型聚醚醚酮復合材料抽油桿導向器, 使用壽命更長,即使在高溫下也能夠充分保持抽油桿與油管分離,并即將推向市場。

來自丨Upstreampumping
編譯丨Tom

抽油桿導向器的使用壽命并不受人關注。就像橄欖球比賽中的裁判或進攻邊鋒,抽油桿導向器只有在不被人注意的情況下才能成功地完成工作。但這并不是說,像裁判或左內邊鋒那樣,抽油桿導向器對成功開發與開采石油天然氣并不重要。事實上,抽油桿導向器很重要,它們被石油與天然氣行業稱為“犧牲部件”。

毫無疑問,位于抽油桿上的抽油桿導向器將地面游梁式抽油機連接到地下數千英尺的井下泵,將不可避免地達到使用壽命。他們將通過保護抽油桿免于接觸并可能損壞油管來奉獻自己的“生命”。

最近,一些油田作業者,尤其是Eagle Ford(南德克薩斯州)和Bakken(北達科他州)頁巖氣田的油田,作業者已經開始注意到,幾十年來表現良好的傳統抽油桿導向器正在經受更高的故障率。特別是在比大多數常規油氣井的環境溫度更高的深井中,情況尤其如此。

考慮到這一點,目前正嘗試開發新的抽油桿導向器材料,使其能夠在更深的頁巖井中承受更高的溫度?,F已有一種材料表現出不錯的早期成果,并且即將推向市場。

挑戰

美國頁巖氣革命的跡象隨處可見,從美國新晉為世界主要天然氣開采國,到美國各地可看到的每加侖汽油價格的下跌。頁巖氣也改變了石油與天然氣勘探、開發與開采的世界。

除了頁巖儲層所需的水平水力壓裂作業之外,這些儲層還比常規油氣儲層在地表下埋藏的更深。例如,一個常規的原油井的平均深度在5000~7500英尺(1525~2290米)之間,而常規的天然氣井深度在6000~6500英尺(1830~1985米)之間。相比之下,頁巖氣井的深度可達8000~12000英尺(2440~3660米),有時深度甚至更深。

新型材料讓抽油桿導向器更低調

作業者發現,在溫度超過220℉(104℃)的井中,抽油桿導向器的使用壽命可能會受到不利影響。石油行業廣泛使用由合成聚酰胺制成的抽油桿導向器,該導向器對許多化學品具有很高的耐受性,并且在高溫下比許多塑料材料具有更高的強度與剛度。當作業溫度達到400℉(204℃)時,這種材料將被用來替代金屬與其他塑料材料。

雖然這種合成聚酰胺材料的額定溫度為400℉,但是在連續作業期間,這種材料卻不適用于這種溫度,然而這種連續作業情況,卻是在井下每天24小時不間斷采油作業中所遇到的。由這種材料構成的抽油桿導向器在溫度超過220°F的情況下連續使用,并在油管中遇到不同類型和數量的微粒與固體的混合時,將比在溫度較低的井中磨損的更快。

平均30英尺的抽油桿有三個由該合成聚酰胺制成的抽油桿導向器。這意味著需要200個抽油桿導向器在8000~10000英尺的熱區內有效地工作。也意味著抽油桿導向器有200個機會過早的失效。

在高溫作業環境中,抽油桿導向器的這種過度與快速的磨損會對油氣采收作業帶來許多問題。最基本的問題就是抽油桿導向器的失效會導致抽油桿與油管接觸,這會在油管上造成孔洞。更糟糕的是,抽油桿導向器可能會磨損到從抽油桿上脫落的地步。這些脫落的碎片最終可能會進入到泵中,導致泵出現故障并產生高昂的維修費用。另一種可能的情況是,這些碎片可能會堵塞出油管線,阻止流體向上移動。這兩種情況都會導致代價高昂的停工時間與生產損失。

綜上所述,合成聚酰胺抽油桿導向器,盡管已經用了很多年,仍然完全適用于沒有過高溫度條件的油井。

解決方案

2014年左右,頁巖氣作業者開始注意到他們的抽油桿導向器磨損加劇,這促使這些關鍵井下部件的設計者、制造商與供應商開始尋求解決方案。石油行業需要一種不僅能承受更高作業溫度的材料構成的抽油桿導向器,而且還要其能夠提供合成聚酰胺抽油桿導向器所具有的長作業壽命。

新型材料讓抽油桿導向器更低調

石油行業的首要任務是創造一種新型的抽油桿導向器,使用壽命更長,即使在高溫下也能夠充分保持抽油桿與油管分離。經過大量研究以及12至18個月的現場測試,確定了一種解決方案:一種新型的抽油桿導向器,它是注塑成型,具有一定數量的聚醚醚酮(PEEK)。但請注意,這種新材料是聚醚醚酮復合材料,而不是100%的聚醚醚酮。

在頁巖氣井中,這種新型聚醚醚酮復合材料抽油桿導向器似乎是合成聚酰胺導向器的理想替代品,因為聚醚醚酮是一種熱塑性塑料,即使在高溫下也能保持其機械性能與耐化學性能。實際上,與大多數其他熱塑性塑料相比,聚醚醚酮在非常高的溫度(650℉/ 343℃)下才會熔化。這使它成為泵、活塞部件、軸承、壓縮機網狀閥與電纜絕緣等工業設備的理想部件。

當與其他塑料混合使用時,聚醚醚酮已經證明它可以讓該部件在高達480℉(249℃)的作業溫度下可靠運行。這種耐高溫性水平,完美地達到了抽油桿導向器在高溫頁巖深井中能夠連續作業的需求。新型聚醚醚酮復合材料抽油桿導向器的制造工藝比合成聚酰胺的要求更高。而且必須滿足更多的生產過程控制,材料成本也更高。但性能、油井正常作業時間與使用壽命的提高,可遠遠抵消這些時間與費用方面的考慮。

結論

毫無疑問,頁巖氣革命已經讓美國的石油與天然氣生產行業發生了巨大的改變。這迫使油田作業者不僅要重新考慮在哪里定位,如何進行勘探、鉆探以及采油作業,還要考慮用哪些設備創新來優化這些作業。

雖然水平壓裂已經在油氣開發中創造了新的利基,但像抽油桿導向器如此“低調”的設備也需要重新思考,以便作業者充分發掘開發與采油設備的潛力。

與致力于滿足客戶需求的供應商合作伙伴一起,即將被引入市場的下一代抽油桿導向器,將解決高溫頁巖井中抽油桿導向器性能下降的難題。

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