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【本周專題:機械采油】Zedi技術升級 一鍵完成抽油泵置換

【本周專題:機械采油】Zedi技術升級 一鍵完成抽油泵置換

隨著水平井作業比例的增加,抽油機應用面臨著巨大挑戰。Zedi推出了全新的液壓抽油機遠程監控系統,可快速發現、解決問題,防止設備損壞、降低成本。

來自 | E&P
編譯 | 張德凱 影子

在過去100多年的時間里,“馬頭式”抽油機如景點一樣點綴著油田,就像永不停歇的相機,每天重復的拍攝日落日出。抽油機就是機械采油行業的典型特征,從地層深處獲得能源,為全球工業和運輸業提供能量。

現在,隨著非常規油藏水平井技術的興起,每次作業都要泵入數以噸計的壓裂砂,而且油氣產量還會不時地波動,這些都加劇了傳統馬頭式抽油機的應用危機。

盡管傳統的抽油機在垂直井中的應用已經非常穩定、高效,但其在當今水平井中的應用卻面臨著巨大挑戰。在水平井采油中,開發商經常將抽油泵放置于射孔段以上狗腿度較大的井段,所以在修井作業中,泵的置換很容易引起氣鎖問題。行業內已經有太多類似泵置換誘發嚴重氣鎖等問題的例子,當然另一方面,這也取決于泵吸入口與射孔段間距。

此外,地層中還存在著碎裂砂和其他碎片等雜物,有可能堵塞游動閥和固定閥,或在泵中積累,造成生產故障。氣鎖或是出砂等問題會造成泵效率、產量下降,在以往的抽油機應用中,如果發生以上問題,開發商通常會選擇進行修井作業,造成生產停止,增加作業成本。

如果在生產過程中抽油機的沖程可以縮短幾個小時,泵就有可能自我修復出砂和碎屑隨機問題。然而,調整沖程長度需要在井場進行機械操作,而且在自我修復完成后,還要馬上將機械改動解除。

雖然目前可以遠程監控抽油機,操作人員能夠及時檢測氣鎖、出砂/碎屑堆積等問題,但解決的方案卻是唯一的—在井場進行機械操作。而有些井場的位置非常偏遠,效率較低。氣驅抽油機的遠程控制只具有關閉或啟動功能,而帶有變速控制器的AC(直流)發動機卻能對沖程速率做出改變。通過使用液壓泵控設備,無論抽油機是氣驅或是電驅,都能及時改變其工作狀態。

這種情況下,一套配備有完整遠程監控軟件的液壓抽油機可以為開發商節省數千美元的生產成本,并消除修井作業的必要。液壓抽油機通過發動機為液壓油升壓,然后根據需要操縱液壓油缸的移動,達到控制抽油桿的目的。

相對于常規抽油機系統,上述操作更加精準,可以及時調整開采速率、沖程長度、抽油桿加速/減速,甚至可以改變上沖程/下沖程停留時間,減小抽油桿的應力載荷。

2011年,Zedi進入了液壓抽油機行業,當時Zedi與另外一家公司進行合作,專門為中、小型井筒開采提供基礎抽油設備。自此,Zedi逐漸擴大了產品供應范圍,以適應開發商產量從低到高的采油需求。此外,Zedi還將遠程監測、控制和優化技術集成,創造了完全基于液壓的抽油機解決方案?,F在,在幾百口井應用數據的基礎上,可以認為,Zedi的方案可以識別和解決(包括遠程)抽油機常見問題。

在Zedi的基本解決方案模型中,液壓桿式抽油裝置具有獨特的生產井優化能力。然而,現在該工具得到了全面改進,在將液壓抽油機與最新的數據收集、分析技術結合后,Zedi推出了一種強大的工具,對于解決水力壓裂水平井中的抽油機應用問題非常有效。

出砂及碎屑堆積問題

遠程監測和控制系統的優點之一,就是解決出砂和碎屑堆積問題。當井下的泵放置于狗腿度較大的井段,那么出砂和碎屑就會逐漸在泵底部堆積,影響游動閥的效率。如果這種惡性的堆積持續,游動閥在下沖程中就會先與堆積的砂相遇,之后再完成整個沖程,造成抽油桿應力顯著增加。在泵的監測設備一端就會顯示為撞擊狀態,而井下的實際狀況卻不是如此,只是泵的上端發生了問題,而不是泵本身。

為了確定問題是否真正的發生,我們必須要長時間的監測其工作狀態,以建立基線參數,比如抽油桿負荷的峰值和最小值等。當這些標準都建立后,就可以設置觸發警報的閾值,及時提示操作人員問題的發生。

如圖1 所示,正常的最小抽油桿負荷是2500 lb,所以抽油桿低負荷的報警閾值設置為2300 lb。警報的設置忽略了偶爾的操作波動,但是當抽油桿載荷開始趨向于警報值時,就會引起監測設備注意,如圖中圓圈區域所示。圖中所示的問題是由于泵筒底部碎片堆積、游動閥撞擊造成的。在本例中,如圖所示,最小載荷在10in處下降。

【本周專題:機械采油】Zedi技術升級 一鍵完成抽油泵置換

圖1.該圖中展示了出砂/碎屑堆積問題發生時的警報及解決過程。圖中最下方的曲線記錄了問題發生前、中、后整個過程的載荷變化。左側的泵監測卡片記錄了問題發生時載荷的變化,右側的泵監測卡片記錄了問題解決后的狀況。通過使用液壓抽油機遠程監測和控制系統,以上整個過程都在很短的時間內解決,無需在井場進行任何操作。

在抽油機應用中,一個最主要的關鍵點就是要防止泵不斷壓縮堆積的出砂和碎屑,避免出現必須通過修井作業才能解決問題的狀況。通過使用液壓抽油機遠程控制系統,操作人員可以將下沖程位置提升一段時間,在上述圖例中為15 in。當泵停止壓縮堆積的出砂和碎屑,這些雜質會變成一種漿狀的狀態,可以被采出液沖出泵外。

為了確認是否雜質已被移除,操作人員可以將游動閥的下沖程長度稍微延長,同時監測數據的變化。在大多數的應用中,所有這些解決方案都無需在井場進行。圖1中右側表格顯示為雜質移除后的正常數據,快速的問題監測和修復能夠避免設備損壞和產量下降。

氣鎖

圖2上部的圖標中,標注“1”的突出點標志著抽油桿載荷突然變化,載荷最小處說明泵發生了氣鎖問題。

在此案例中,解決方案是提高沖程比例,即提高下沖程游動閥運動速度,目的是盡可能提高泵腔室內的壓力。盡管此方法在實際應用中非常有效,但其機理還存在爭議,可能是泵腔室高壓將氣體排除,也可能是游動閥運動速度加快造成的震動將氣體排出。

圖中標注“2”的區域顯示問題已經解決,由于技術人員要等待開發商批準,數據稍有延遲。

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圖2. 左側標注“1”顯示發生了氣鎖問題,標注“2”顯示問題已經解決。下部的圖表顯示問題發生前后的沖程變化。通過遠程控制,提高下沖程速率,氣鎖問題在5-10分鐘內就得到了解決。問題解決后,技術人員確認沖程比例已經恢復正常。

在遠程監測功能的協助下,技術人員在氣鎖問題發生15分鐘后就發現了問題,雖然也存在著輕微的延遲,但20分鐘后問題就解決了,沒有工作人員到井場進行操作,有效避免了產量漏失。

目前,越來越多的運營商選擇使用遠程監控系統來消除不必要的井場操作。隨著異常警報和遠程控制功能的增加,液壓抽油機的獨特優化能力可以幫助開發商減少修井作業次數和停機時間,降低開發成本。

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