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ESP+防护罩 大斜度井生产无忧

ESP+防护罩 大斜度井生产无忧

水平井和大斜度井的应用能够大幅度提高井筒与储层的接触面积,进而提升生产效率,但同时,地层中溢出气体的量也会随之明显增加,这会对ESP设备的使用造成极大的困扰。贝克休斯为解决这些问题,大力研发了新型ESP系统。

来自 | Upstream
编译 | 白小明

在非常规井中,电潜泵(ESP)系统出现故障的频率经常高于正常值,因此,研究人员越来越多地关注延长ESP寿命的研发工作。研发工作要面对的首个基本问题便是电潜泵不断变化的作业工况。

贝克休斯人工举升生产线总监Nathan Holland表示,“非常规井的工况处于动态变化之中,每天都不同。”

电潜泵使用中面临的挑战包括安全将ESP下入大斜度井、解决产量骤减问题、解决气体段塞流问题以及产出流体变化等问题,这些问题通常导致单井一年内需要频繁更换ESP系统。

Holland称,“我们希望能够提供一种适用于单井整个生产周期的解决方案,随着我们对井况(即产量骤减、高含蜡、大斜度井)的不断了解,我们认识到需要采取一些重要举措。”

其中之一便是确保ESP不被损坏,安全下到位。

“首先,你需要保护好ESP设备,尤其是在下入安装的过程中。”

实现上述目的的方案是给ESP系统增添一个护罩,即使是在小曲率半径的弯曲井段,护罩也能使ESP在下入套管和安装过程中免受损坏。添加护罩的方案之前主要用于给马达降温,它可以在ESP系统与实际套管之间形成缓冲带。

Holland表示,“在将设备下入到斜井中时,设备会与套管产生摩擦,而现在护罩代替ESP承受了摩擦力,因此我们从根本上避免了下入过程中ESP损坏的问题。”

对于7in的套管井,可以采用5-1/2in的护罩,下入外径为4in的400系列ESP。对于5-1/2in的套管井,可以采用4-1/2in的护罩,下入外径为3.75in的300系列ESP。

为提高钻井效率和井筒稳定性,作业公司通常更喜欢小尺寸的套管。Holland介绍说,“我们一直在跟踪作业公司使用的套管尺寸,如果套管尺寸继续缩小,我们也将改进设备来适应小尺寸套管。”

一旦ESP系统入井后,必须能够经得起气体段塞流和生产流体变化等工况。

Holland 解释道,“一旦井底压力达到某个值,进入井筒的气体量将高于初始值。在斜井段,将形成气液波动面。随着流体从储层进入井筒,越来越多的气体将从储层释放并聚集在波动面的高端。”

最后,形成的气体段塞流被打破,沿井筒向上返出,置换液相流并使生产中断。

Holland称,“这与以前ESP的正常作业环境不同,这并不是ESP的理想作业工况。”

解决气体段塞流的第一步是检查ESP系统吸入口的朝向。

Holland表示,“随着流体进入斜井段,气体中的液相变得活跃,打破了正常的流态,并形成泡沫,从而很难被采出。为此,我们研发了减缓气体干扰的设备,专门用于斜井段和水平段。防气侵泵(Gas Avoider pump)的吸入口采用了重力杯技术来改变工具吸入口的朝向,可以有效关闭工具高端的吸入口,引导气体沿套管向上,而流体可以继续从工具低端流入泵内。”

防护罩

之前的护罩工作寿命有限,最终贝克休斯决定全方位封装ESP,以改变ESP的工作环境,他表示,“在井筒内再形成一口人工井,这便是我们当初如何设想CENesis PHASE的。”

上返出井筒,同时流体进入护罩,完全浸没ESP,气体段塞流始终不会进入ESP。

他表示,“该技术类似于在套管内形成一个小的流体池,可以将累积在护罩里的液体泵出到地面,而气体则不会进入ESP系统。”

护罩的长度可以根据情况改变,根据油田及邻井数据,油服公司可以插值确定段塞的长度,再设计出足够长的护罩系统来保护ESP系统。

ESP泵出护罩内的流体时会产生热量,需要冷却马达。该系统设计采用一个含有一系列小直径管柱的循环系统来冷却马达。

另外,贝克休斯使用其AMBIT服务来监测和远程控制ESP。Electrospeed Advantage无级变速ESP配合MaxRate软件,通过自动清除聚集的气体以及控制压降速度,可以减缓因含气量高带来的生产干扰。

Holland称贝克休斯已经使用了固相清除工具,如除砂器和防砂罩,来确保CENesis PHASE不会成为一个积砂点。

应用案例

截止目前,贝克休斯的CENesis PHASE在美国入井已超过1000次,Holland称,该工具可以应用于任何受气体段塞流困扰的井况。

首套系统已入井3年多,现场作业人员用它代替了之前平均故障时间小于1年的设备。

俄克拉荷马有一口井,套管尺寸为7-1/2in,已经采用气举生产了很长时间,但是作业公司始终无法将井底压力降低到预期值。该油田其他井的井底压力在到达该预期压力值时,必然会遇到气体段塞问题。Holland称,此井是采用该技术的“理想候选井”。

生产记录显示,压力达到目标井底压力值时,会出现大段较长的段塞流。随着CENesis PHASE系统的使用,作业公司成功将井底压力从683psi降至150psi。最终,产油量提高了19%,产气量提高了43%,ESP的使用寿命延长了73%。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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