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业界巨头联合攻关 大力提升ESP运行寿命

业界巨头联合攻关 大力提升ESP运行寿命

由于ESP良好的性能,其在油气开采中应用十分广泛。但随着井况的复杂化,ESP经常出现运行时间短、故障频发等常见问题。斯伦贝谢推出的MaxFORTE能够显著改善以上问题,大幅延长ESP在复杂井况下的寿命。

来自 | E&P
编译 | 张德凯

毫无疑问,电潜泵(ESP)是效率最高的人工举升方式之一,在全世界各地的油田中都起到了提高产率和采收率的重要作用。随着油气开发逐渐深入到复杂地质环境和褐色油田中,ESP技术也得到了长足发展,其中最为引人注意的就是混合流叶轮设计,采用这种设计后, ESP的工作范围更大、更加耐用,可以应用到多种复杂井况下,应用范围更广。

然而,虽然人工举升技术取得了显著进步,但随着开采难度升高,以ESP为代表的人工举升技术遇到了更大的难题。当前,大多数油田的ESP运行寿命都短于2年,尤其是在复杂井况中,如使用干式采油树的复杂海上油井、水下油井以及偏远油田等,这些地区的人工干预作业费用极高,ESP运行寿命是影响油田经济效益的关键因素。在这些人工干预作业受限的地区,更换ESP、修井作业以及停工所造成的损失通常为ESP设备成本的5倍,一般高达数百万美元。

在井况复杂和人工干预成本较高的油田,为了防止ESP过早发生故障或是开采性能降低等问题的出现,开发商不得不选择气举等其他人工举升方式,但这样又降低了开采速率和采收率。面对这样的困境,为了提高开采效率、降低整体开发成本,开发商将运行稳定、使用寿命长的ESP系统列在了“最需开采设备”心愿单的首位,可谓望眼欲穿。

为了解决上述难题,斯伦贝谢研发出了高稳定性ESP——MaxFORTE系统,该系统采用了最为先进的技术,能够保证ESP设备在生产、应用中的质量与稳定性,其运行寿命明显长于常规ESP设备。MaxFORTE于2015年12月正式投入商业应用,Apache公司在北海的四口井中率先采用了MaxFORTE电潜泵,目前这些设备运行良好,效率明显高于其他ESP设备。

MaxFORTE系统专为解决人工干预作业受限的海上油井和陆上油井而研发,该系统从整体出发,融合了当前最为先进的人工举升技术,能够提高ESP在复杂井况中的稳定性和开采性能。斯伦贝谢优化了从工艺设计到生产、现场作业、安装、在线监测等所有环节,所以MaxFORTE能满足稳定性高、运行寿命长的要求。

优化设计 测试严格

斯伦贝谢在2008年开始了提高巴西深水油田Jubarte(盐下层系)产量的计划,MaxFORTE的出现标志着该计划已经进入最关键的部分。基于该地区MaxFORTE的成功,并结合该油田的成功经验,斯伦贝谢将MaxFORTE技术产业化并应用于世界上的其他油田。MaxFORTE技术具有严谨的设计、高质量的生产把控、无缝安装和全天候监测等特点,无疑是一次人工举升技术的巨大进步。经过一系列努力,最终验证斯伦贝谢的MaxFORTE电潜泵运行寿命为常规ESP的2倍,避免了设备故障早发,减少了相关的修井作业,缩小了NPT,降低了成本。此外,该系统实时监测技术的应用还能优化油井生产。

MaxFORTE的设计结合了常规ESP系统最为先进的技术、Jubarte油田案例中高稳定性ESP设备的部分工艺、高温ESP设备(耐高温250℃)的部分技术,最终得到了能够大幅延长海上油田ESP设备运行时间的新型系统。

Apache的首要目标是获取运行寿命更长的ESP设备,同时能够避免设备故障早发的情况,从而减少人工干预次数、钻机作业时间和NPT。若能避免设备故障,那么该油田每口井即可减少14~21天的修井时间,Apache就能更好地提升油田开采效率。在合作之初,Apache的目标是将ESP的平均运行寿命延长到2.5年,但在MaxFORTE出现后,该油田ESP设备的平均运行寿命长达4年,远远高于预期。

斯伦贝谢和Apache的合作包括监测2009年1月~2014年1月期间ESP设备的故障类型,之后斯伦贝谢的工程师以此数据为基础来设计新型、高稳定ESP系统。分析结果显示,造成设备故障的原因有很多,包括转子磨损、电机失效、电子绕组故障、密封圈失效、设备老化以及电缆受损等。针对以上问题,设计团队不仅解决了引发ESP停机的问题,还对轻微受损的部件进行了改进。最终,通过改善设计和生产流程,斯伦贝谢研发得到的高稳定性ESP系统能够克服以上所有难题。

2015年4月,在英国北海的Forties油田MaxFORTE系统进行了首次现场应用。当时该油田有110口油井处于生产中,这些井共使用了57套ESP设备,而该油田40%的产量来自ESP井。正是由于该油田大量使用ESP设备,所以是理想的新型ESP设备的测试油田,首次测试共安装4套MaxFORTE电潜泵。

斯伦贝谢利用技术突破解决特殊井况的ESP难题,高稳定性的MaxFORTE系统耐用性强,可用于高磨蚀、高腐蚀井以及高温井。MaxFORTE所有的部件、设备都通过了专门的测试,测试方法、设备均为业内顶级标准,部件组装都根据成熟方案进行。所有部件都可以追踪,能够保证ESP在运抵井场时无任何问题。MaxFORTE的测试过程非常严格,频繁调整ESP的运行频率、生产范围来模仿井下产量波动,重复启动、停机以测试轴承、泵轴和补偿系统性能,确保ESP系统能经受频繁开、停机和间歇作业的挑战。

提高生产效率

在北海的应用中,四套MaxFORTE电潜泵系统在斯伦贝谢生产中心产出后直接运抵井场,运输工具采用特殊设计,能够降低50%以上的振动影响,防止设备发生弯曲等损坏问题。设备的安装由受过培训的工程师完成,斯伦贝谢提供耗材表和工作流程。该系统还有一套特殊的电缆滚筒设备,可以在设备入井过程中持续监测设备的完整性。结果,四套设备的安装非常顺利,没有产生任何NPT。

ESP安装后,即开始实行全天候监测,监测人员通过斯伦贝谢特有的远程监测系统实时观察可能发生的问题(井下信号、事件等),以确保连续、最优化的生产,防止ESP发生故障。MaxFORTE电潜泵还具有定制化的报警系统,能够防止ESP运行超过设定的工作范围。

在2015年4月完成第一套MaxFORTE电潜泵的安装后,又继续安装了3套ESP,截止2016年4月1日,这四套系统累计运行时间已经超过1000天。

早期观察和监测结果显示,MaxFORTE电潜泵已经克服了大多数可预见的复杂井下情况,达到了预期的生产性能和效率。在2015年4~11月期间,ESP系统的在线生产时间延长了3%,达到了94~97%,而且安装的四套ESP系统没有产生任何的NPT。

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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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