一項(xiàng)綜合服務(wù)策略，融合了選進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和有針對(duì)性的處理技術(shù)，延長(zhǎng)了電潛泵的工作壽命，降低了更換成本。隨著石油勘探與開(kāi)發(fā)行業(yè)面臨的低油價(jià)環(huán)境以及全球鉆探活動(dòng)的嚴(yán)重停滯，老油田有可能成為石油生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者。這一現(xiàn)實(shí)則更加強(qiáng)調(diào)保持低運(yùn)營(yíng)成本以及最大限度地延長(zhǎng)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行，如人工舉升設(shè)備。
一個(gè)典型的二疊紀(jì)盆地式完井，示意了井下電潛泵的位置，見(jiàn)圖1，雖然電潛泵能很好地適應(yīng)包括斜井、海上和環(huán)境敏感地區(qū)油氣井采油的應(yīng)用，但該設(shè)備在惡劣環(huán)境中使用可能會(huì)嚴(yán)重受損，性能和壽命可能會(huì)大打折扣，這威脅到生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。
作業(yè)挑戰(zhàn)
所開(kāi)采的流體的狀況對(duì)電潛泵長(zhǎng)時(shí)間工作構(gòu)成了幾個(gè)潛在的威脅。例如，帶有大量砂子和地層固體顆粒的生產(chǎn)井會(huì)產(chǎn)生一種渾濁的漿液流動(dòng)，這會(huì)增加電潛泵內(nèi)表面磨損的風(fēng)險(xiǎn)。沖擊引起的井下舉升設(shè)備、油管和管道的金屬損耗是眾所周知的，業(yè)內(nèi)對(duì)此已做了廣泛的研究。一種方法是限制開(kāi)采率，保持總的流體流速降低，通過(guò)降低顆粒撞擊率和磨損的嚴(yán)重程度可能有助于延長(zhǎng)電潛泵的運(yùn)行壽命。但這并非理想的做法，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)和油井收入的損失。
在具有腐蝕性的井中使用電潛泵采油也會(huì)威脅到設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間工作。腐蝕可能會(huì)以不同的方式和從不同的來(lái)源中產(chǎn)生。經(jīng)驗(yàn)表明，在高溫、高剪切和高鹽環(huán)境中工作的電潛泵，由于二氧化碳或硫化氫濃度的升高，電潛泵很容易出現(xiàn)故障，無(wú)論是電潛泵本身，還是為井下設(shè)備提供電力的電纜，都可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
另一種油田腐蝕機(jī)理是微生物的影響或誘發(fā)性腐蝕。這是由硫酸鹽還原細(xì)菌及其它形式的厭氧菌和有氧菌所引起。這些細(xì)菌會(huì)使電潛泵金屬表面出現(xiàn)腐蝕性斑點(diǎn)，形成粘稠的殘留物，堵塞井下設(shè)備和地層空隙。
擁有結(jié)垢、瀝青質(zhì)或石蠟形成趨勢(shì)的井也會(huì)對(duì)電潛泵的工作性能和使用壽命帶來(lái)負(fù)面影響。電潛泵內(nèi)結(jié)垢可能會(huì)堵塞泵級(jí)間的流動(dòng)通道，而且，殘留物可能會(huì)粘附在電機(jī)的外表面上，從而使泵機(jī)件在高溫環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)散熱效果降低，容易出現(xiàn)故障。
瀝青質(zhì)和石蠟沉積也會(huì)削弱電潛泵的工作性能，瀝青質(zhì)物質(zhì)曾無(wú)數(shù)次導(dǎo)致電潛泵無(wú)法工作和油管堵塞的各種問(wèn)題，特別是在二氧化碳混溶氣驅(qū)的應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生。這些問(wèn)題通?？梢酝ㄟ^(guò)采用井下抑制劑或抗老化劑的化學(xué)方法予以處理。
如果這些挑戰(zhàn)沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q，問(wèn)題或故障將會(huì)導(dǎo)致更頻繁的修井作業(yè)，修復(fù)或更換電潛泵。如果該領(lǐng)域在電潛泵操作、生產(chǎn)優(yōu)化、事件分析、以及故障預(yù)測(cè)方面缺乏擁有充分專業(yè)知識(shí)的人，這些挑戰(zhàn)甚至?xí)屖烷_(kāi)采商付出更高的代價(jià)。
綜合解決方案
最大限度地提高一口井長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)能力需為這口井定制舉升方案，要考慮的情況包括該井的采油曲線、流體構(gòu)成、溫度和壓力情況，以及緩解上述挑戰(zhàn)的化學(xué)處理方法。貝克休斯公司可提供綜合的舉升系統(tǒng)和生產(chǎn)性化學(xué)品，綜合起來(lái)，這些產(chǎn)品可以優(yōu)化口井的生產(chǎn)率，減少故障和修井作業(yè)。
沙子溶液
在高固體顆粒環(huán)境下延長(zhǎng)電潛泵的工作壽命首先應(yīng)考慮的是正確的材料選擇。通常情況下，正確設(shè)計(jì)和運(yùn)用附有耐磨插件的電潛泵就足能使其延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。這是一家美國(guó)石油公司在落基山脈地區(qū)的情況，這家公司在幾口井里安裝了電潛泵，這些井的采出液里都含有地層沙，作業(yè)期間電潛泵經(jīng)歷了嚴(yán)重的停機(jī)時(shí)間，設(shè)備出現(xiàn)了大范圍的損壞。在這些惡劣的環(huán)境中，電潛泵的平均運(yùn)行時(shí)間為73天，涉及修井作業(yè)的停機(jī)時(shí)間導(dǎo)致超過(guò)8個(gè)多月時(shí)間的原油生產(chǎn)，產(chǎn)量損失達(dá)2600桶。
貝克休斯與這家石油公司合作，開(kāi)發(fā)了一個(gè)既能承受高研磨砂、又能減少修井作業(yè)和增加產(chǎn)量的舉升系統(tǒng)。方案包括安裝一個(gè)每一級(jí)套筒和襯套的凸緣部位加工有耐磨碳化鎢的電潛泵，這樣能降低徑向磨損和下推力，見(jiàn)圖2。
改進(jìn)后的電潛泵經(jīng)受住了井下高磨損環(huán)境。運(yùn)行時(shí)間增加至644天，相比非耐磨電潛泵的工作壽命增加了800%，見(jiàn)圖3。沒(méi)有耐磨組件保護(hù)的葉輪，僅僅運(yùn)行了110天后，其裙環(huán)和入口一側(cè)的下護(hù)罩部位呈現(xiàn)出有明顯的磨損（左圖）。極限設(shè)計(jì)的葉輪在運(yùn)行644天后呈現(xiàn)出最小的磨損（右圖）。該方案將石油公司的電潛泵舉升成本從每桶37美元降低到了低于每桶2美元，采油成本得到了大幅降低。電潛泵內(nèi)的耐磨插件能幫助保護(hù)泵的內(nèi)部免受或減輕磨損。在電潛泵和碳鋼油管的外表面，高固體顆粒會(huì)導(dǎo)致其明顯腐蝕。這種情況下，使用緩蝕劑是一種行之有效的方法。
控制腐蝕
在擁有腐蝕性物質(zhì)的井下環(huán)境中，電潛泵系統(tǒng)的最佳腐蝕減緩策略包括一些適當(dāng)?shù)囊苯饘W(xué)、涂層、化學(xué)緩蝕劑和生物滅殺處理的組合運(yùn)用，雖然電潛泵由耐磨或耐腐蝕合金加工制造而成，在一些井的使用中，擁有一定的成本效益策略，但其它一些生產(chǎn)場(chǎng)景中，則需部署一些具有緩蝕劑或阻蝕劑的傳統(tǒng)的電潛泵。高二氧化碳或高硫化氫含量的井會(huì)形成一個(gè)高腐蝕性的環(huán)境，在這種環(huán)境中，通常需要持續(xù)注入緩蝕劑。必須注意選擇監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，最準(zhǔn)確的表現(xiàn)電潛泵所經(jīng)歷的狀況。同樣重要的是，選擇一種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)給予一個(gè)快速的響應(yīng)時(shí)間。電阻測(cè)量技術(shù)是一種足夠快的方法，允許優(yōu)化和改變所用緩蝕劑的類型。
北達(dá)科他州巴肯Williston盆地地區(qū)的一家石油公司，面臨的生產(chǎn)場(chǎng)景包括含鈣沉積物的高鹽度鹽水、井內(nèi)擁有高二氧化碳含量，而且，溫度高達(dá)攝氏149°以上。此外，電潛泵系統(tǒng)產(chǎn)生了一種高剪切環(huán)境，導(dǎo)致了頻繁的腐蝕性問(wèn)題。在審查了現(xiàn)場(chǎng)的情況后，服務(wù)提供商的應(yīng)用工程師們推薦了一種專門針對(duì)高溫和高剪切環(huán)境配置的緩蝕劑。該抑制劑是在實(shí)驗(yàn)室中試驗(yàn)篩選出來(lái)的，利用從巴肯油田提取的鹽水加熱到了攝氏149°的溫度，以模擬該地區(qū)的井下環(huán)境。與這些試驗(yàn)中石油公司現(xiàn)有的產(chǎn)品相比，新抑制劑提供了更好的抑制效果。進(jìn)一步試驗(yàn)表明，在攝氏205°溫度下，沒(méi)有固體形成或產(chǎn)物分離，使這種抑制劑適合于高溫環(huán)境下的電潛泵系統(tǒng)。之后，這種抑制劑在該油田的兩口井進(jìn)行了測(cè)試，并與兩口未經(jīng)處理的井的性能進(jìn)行了比較。在未處理的井中，電潛泵的平均運(yùn)行時(shí)間為122天，而經(jīng)過(guò)高溫抑制劑處理的兩口井，電潛泵的運(yùn)行時(shí)間達(dá)188.5天，增加了54%。此外，抑制劑降低接頭壁磨損的百分率超過(guò)了30%。這些結(jié)果使石油公司相信，新抑制劑將可靠地改善其電潛泵的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，使他們的油井產(chǎn)量得到增加。
盡量減少瀝青和石蠟的影響
緩解瀝青和石蠟的挑戰(zhàn)通常需要仔細(xì)選擇合適的泵密封制作材料，用于井下抑制劑和化學(xué)處理，或兩者都能兼顧。加拿大一家石油公司選擇了一種用來(lái)提高原油采收率作業(yè)的二氧化碳洪流的井下抑制劑處理方案。這家石油公司經(jīng)常因?yàn)r青污垢而經(jīng)歷電潛泵設(shè)備損壞和產(chǎn)量損失的窘境。因電潛泵運(yùn)行壽命縮短，導(dǎo)致其費(fèi)用支出增加，該石油公司需要一種替代現(xiàn)有瀝青質(zhì)抑制劑的解決方案，該方案由另一家服務(wù)商提供。 這家石油公司的工程小組與當(dāng)?shù)氐呢惪诵菟股a(chǎn)團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)發(fā)了一個(gè)生產(chǎn)優(yōu)化方案，將服務(wù)提供商現(xiàn)有的已在該油田安裝的電潛泵設(shè)備與一個(gè)定制的瀝青質(zhì)抑制劑處理方案配對(duì)使用。
為該石油公司問(wèn)題最大的5口井設(shè)計(jì)定制了處理劑，并進(jìn)行了試用?，F(xiàn)有的化學(xué)處理劑被新的抑制劑處理所取代，新抑制劑是在持續(xù)的基礎(chǔ)上運(yùn)用的。一旦到位，優(yōu)化的化學(xué)處理方案幫助電潛泵系統(tǒng)提高運(yùn)行壽命36%，達(dá)到390%，5口試用井平均提高133%。生產(chǎn)優(yōu)化方案使電潛泵系統(tǒng)的運(yùn)行壽命提高了100%以上，幫助該石油公司5年內(nèi)將其電潛泵系統(tǒng)的更換費(fèi)用減少了80%。5口試用井年原油產(chǎn)量得到了增加，舉升采油成本獲得了相應(yīng)的降低。
獨(dú)特應(yīng)用的處理方案
某些現(xiàn)場(chǎng)狀況需要服務(wù)提供商開(kāi)發(fā)新的處理方法，以成本效益高的方式確保井下設(shè)備能長(zhǎng)時(shí)間地處于完好狀態(tài)。例如：某些井存有多種生產(chǎn)問(wèn)題，如結(jié)垢和腐蝕，或許只安裝了一根細(xì)管用來(lái)輸送化學(xué)處理劑。這就促使了多功能化學(xué)處理劑的開(kāi)發(fā)，需要在同一配方中具備緩蝕劑、阻垢劑和其它添加劑的功能，可通過(guò)一根細(xì)管進(jìn)行處理劑輸送。這種組合產(chǎn)品已在二疊紀(jì)盆地的一些由電潛泵舉升采油的井中進(jìn)行了有效部署。在那里，這種組合產(chǎn)品成功地阻止了油管表面和電潛泵內(nèi)的結(jié)垢沉積，緩解了腐蝕性物質(zhì)的衍生。在必須關(guān)閉一口井的情況下，腐蝕帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)對(duì)電潛泵和其它井下設(shè)備造成不可逆的損壞。一個(gè)好的油井酸洗策略有助于井下設(shè)備在關(guān)閉過(guò)程中得到保護(hù)。這樣一種策略，包括可減輕局部腐蝕、酸腐蝕以及受微生物影響所致腐蝕的緩蝕劑，有助于確保一口井可以恢復(fù)在線生產(chǎn)，而不會(huì)造成修井和修復(fù)帶來(lái)的成本。
未來(lái)發(fā)展
隨著市場(chǎng)力量推動(dòng)石油公司尋找進(jìn)一步的油田優(yōu)化機(jī)遇，服務(wù)提供商必須推出新的方案，提高其人工舉升和化學(xué)處理系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。一個(gè)主要的進(jìn)步領(lǐng)域集中在自動(dòng)化解決方案和遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制。例如，貝克休斯公司擁有的遠(yuǎn)程人工舉升監(jiān)控方案，方案提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和人工舉升操作數(shù)據(jù)的游覽。該方案平臺(tái)還提供了具有實(shí)時(shí)診斷和分析能力且在工程師與油公司之間更好的溝通與協(xié)作的功能。該平臺(tái)能讓石油公司做出更知情的操作決策，減少前往現(xiàn)場(chǎng)的疲憊奔波，降低井的干預(yù)成本和停機(jī)時(shí)間。在化學(xué)處理方面，遠(yuǎn)程化學(xué)自動(dòng)化和儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)服務(wù)，以最小的人員互動(dòng)提高化學(xué)處理服務(wù)效率。當(dāng)井下情況發(fā)生變化時(shí)，化學(xué)泵控制器能感知到這種變化，然后，自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)的化學(xué)填料速度。此外，無(wú)線儲(chǔ)罐液面監(jiān)視器測(cè)量產(chǎn)品的可用性和化學(xué)儲(chǔ)罐的使用，可從任何安全的互聯(lián)網(wǎng)連接點(diǎn)訪問(wèn)這一過(guò)程，改進(jìn)化學(xué)品的訂購(gòu)進(jìn)程。被納入一個(gè)綜合的電潛泵及化學(xué)處理服務(wù)供給的這些進(jìn)展，對(duì)于幫助石油公司優(yōu)化其油田生產(chǎn)和抵御當(dāng)前的市場(chǎng)挑戰(zhàn)則是非常關(guān)鍵的。
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