Umělý výtah - Artificial lift

Umělý výtah označuje použití umělých prostředků ke zvýšení toku kapalin, jako je ropa nebo voda, z produkční studny. Obecně je toho dosaženo použitím mechanického zařízení uvnitř studny (známé jako čerpadlo nebo rychlostní řetězec ) nebo snížením hmotnosti hydrostatické kolony vstřikováním plynu do kapaliny v určité vzdálenosti po studni. Novější metoda zvaná Continuous Belt Transportation (CBT) používá k absorpci oleje z okrajových a volnoběžných vrtů pás absorbující olej. Umělý zdvih je potřebný ve studnách, když není v nádrži dostatečný tlak na zvedání produkovaných tekutin na povrch, ale často se používá v přirozeně tekoucích studních (které to technicky nepotřebují) ke zvýšení průtoku nad to, co by přirozeně proudilo. Vyráběnou tekutinou může být olej, voda nebo směs oleje a vody, obvykle smíchaná s určitým množstvím plynu.

Používání

Jakýkoli zásobník produkující kapalinu bude mít „tlak v zásobníku“: určitou hladinu energie nebo potenciálu, který bude nutit tekutinu (kapalinu, plyn nebo obojí) do oblastí s nižší energií nebo potenciálem. Koncept je podobný konceptu tlaku vody v obecním vodním systému. Jakmile je tlak uvnitř produkční studny snížen pod tlak v zásobníku, zásobník bude působit tak, aby naplnil studnu zpět nahoru, stejně jako otevření ventilu na vodním systému. V závislosti na hloubce rezervoáru a hustotě kapaliny může mít rezervoár dostatečný potenciál k vytlačování kapaliny na povrch - hlubší studna nebo těžší směs má za následek vyšší potřebu tlaku.

Technologie

Hydraulické čerpací systémy

Hydraulické čerpací systémy přenášejí energii na dno studny pomocí tlakové napájecí tekutiny, která proudí dolů v trubkovém vrtu do podpovrchového čerpadla. Existují nejméně tři typy hydraulického podpovrchového čerpadla:

  1. pístové čerpadlo s vratným pohybem, kde je jedna strana poháněna (vstřikovanou) hnací kapalinou, zatímco druhá strana čerpá vyrobené kapaliny na povrch
  2. tryskové čerpadlo, kde (vstřikovaná) hnací kapalina prochází kombinací Venturiho trubice s hrdlem, se mísí s vyrobenými kapalinami a Venturiho efektem vytváří vysoký tlak na výtlačné straně čerpadla.
  3. hydraulicky poháněná turbína hlubinné díry (HSP), přičemž hnacím motorem hlubinné turbíny je turbína, mechanicky spojená s částí oběžného kola a čerpadlem, která čerpá kapalinu.

Tyto systémy jsou velmi univerzální a byly použity v mělkých hloubkách (1 000 stop) k hlubším vrtům (18 000 ft), nízkých rychlostních vrtech s produkcí v desítkách barelů denně do jamek produkujících více než 20 000 bbl (3 200 m 3 ) za den. Ve většině případů může být pohonnou (vstřikovanou) kapalinou voda nebo vyrobené kapaliny (směs oleje a vody). Některé chemikálie mohou být přimíchány do vstřikované kapaliny, aby pomohly kontrolovat problémy s korozí, parafínem a emulzí. Hydraulické čerpací systémy jsou také vhodné pro studny s odchylkou, kde nejsou možná běžná čerpadla, jako je tyčové čerpadlo .

Stejně jako všechny systémy mají i tyto systémy své provozní obálky, ačkoli u hydraulických čerpadel jsou návrháři často nepochopeni. Některé typy hydraulických čerpadel mohou být citlivé na pevné látky, zatímco například trysková čerpadla mohou čerpat objemové frakce pevných látek více než 50%. Jsou považovány za nejméně účinnou metodu zvedání, i když se liší pro různé typy hydraulických čerpadel, a také při pohledu na úplné ztráty systému jsou rozdíly v mnoha instalacích zanedbatelné.

Náklady na životní cyklus těchto systémů jsou podobné jako u jiných typů umělých výtahů, pokud jsou vhodně navrženy, přičemž je třeba mít na paměti, že mají obvykle nízkou údržbu, například trysková čerpadla mají o něco vyšší provozní (energetické) náklady s podstatně nižšími pořizovacími náklady a prakticky žádné náklady na opravu.

ESP

Elektrická ponorná čerpadla (ESP) se skládají z ponorného čerpadla (řada odstředivých čerpadel ), elektrického motoru, který přeměňuje elektrickou energii na kinetickou energii, aby se čerpadlo změnilo, oddělovače nebo ochranného zařízení, aby se zabránilo vstupu produkovaných kapalin do elektrického motoru, a elektrický napájecí kabel, který spojuje motor s povrchovým ovládacím panelem. ESP je velmi univerzální metoda umělého zvedání a lze ji nalézt v provozních prostředích po celém světě. Dokážou zvládnout velmi širokou škálu průtoků (od 200 do 90 000 barelů (14 000 m 3 ) za den) a požadavků na zdvih (od téměř nulové výšky do 3 000 m). Mohou být upraveny tak, aby zvládly kontaminanty běžně se vyskytující v oleji, agresivní korozivní kapaliny, jako jsou H 2 S a CO 2 , a výjimečně vysoké teploty spodní jámy. Ukázalo se, že zvyšující se vodní řez nemá žádný významný nepříznivý vliv na výkon ESP. Je možné je umístit do svislých, odchýlených nebo vodorovných jamek, ale pro optimální výkonnost běhu se doporučuje je nasadit do přímé části skříně.

Ačkoli je nejnovější vývoj zaměřen na posílení schopností ESP zvládat plyn a písek, stále potřebuje další technologický vývoj, aby se zabránilo zámkům plynu a vnitřní erozi. Až donedávna přicházely ESP s často neúnosnou cenou kvůli nákladům na nasazení, které mohou přesáhnout 20 000 USD.

Výkonnost ESP zvyšují různé nástroje, jako jsou automatické přepínací ventily (ADV), SandCats a další hadicové řetězce a čerpadla. Většina systémů nasazených na dnešním trhu jsou systémy Dual ESP, což je jednoduché uspořádání dvou ESP ve stejné studni. To přináší kompletní posílení nebo zálohování systému hlubinné díry - prostoje jsou minimální, práce stojí méně a v jiných provozních oblastech dochází k úsporám. ESP Dual Systems přináší významné zvýšení ziskovosti studny.

Plynový výtah

Plynový výtah je další široce používaná metoda umělého výtahu. Jak název napovídá, do potrubí se vstřikuje plyn, aby se snížila hmotnost hydrostatické kolony , čímž se sníží zpětný tlak a umožní se tlaku v zásobníku tlačit směs produkčních tekutin a plynu nahoru na povrch. Plynový výtah lze nasadit v širokém rozsahu podmínek studní (od 30 000 barelů / den (4 800 m 3 / den) do 15 000 stop (4 600 m)). Plynové výtahy si dobře poradí s abrazivními prvky a pískem a náklady na práci jsou minimální.

Plynové studny jsou vybaveny bočními trny a vstřikovacími ventily. Toto uspořádání umožňuje hlubší vstřikování plynu do potrubí. Systém plynového výtahu má některé nevýhody. Musí existovat zdroj plynu, některé problémy se zajištěním průtoku, jako jsou hydráty, mohou být spuštěny plynovým výtahem.

To využívá vstřikování plynu do proudu tekutiny, což snižuje hustotu tekutiny a snižuje tlak ve spodním otvoru. Jak plyn stoupá, bubliny pomáhají tlačit olej dopředu. Stupeň účinku závisí na nepřetržitém nebo přerušovaném proudění plynu. Plyn může být vstřikován v jednom bodě pod kapalinou nebo může být doplněn vícebodovým vstřikováním. Přerušovač na povrchu řídí časování vstřikování plynu. Mechanismy jsou ovládány tlakem nebo kapalinou. Mohou to být škrticí ventily nebo tlakově ovládaný ventil skříně. U kapalinou ovládaných ventilů je nutné zvýšit tlak v potrubí, aby se otevřel, a poklesnout, aby se zavřel. Škrticí tlakový ventil se otevírá zvyšováním tlaku v plášti a uzavírá se poklesem tlaku v plášti. Konvenční plynové zdvihací ventily jsou připevněny k trnům plynového zdvihu a k vytahovatelným plynovým zdvihacím ventilům drátu, které jsou umístěny v trnech postranních kapes.

Tyčová čerpadla

Hlavní článek: Pumpjack

Tyčová čerpadla jsou dlouhé štíhlé válce s pevnými i pohyblivými prvky uvnitř. Čerpadlo je navrženo pro vložení do potrubí studny a jeho hlavním účelem je shromažďovat kapaliny zpod něj a zvedat je na hladinu. Mezi nejdůležitější součásti patří: hlaveň, ventily (pohyblivé a pevné) a píst. Má také dalších 18 až 30 komponent, které se nazývají „fitinky“.

Součásti

Každá část čerpadla je důležitá pro správnou funkci. Níže jsou popsány nejčastěji používané díly:

  • Hlaveň: Hlaveň je dlouhý válec , který může být dlouhý od 11 do 36 stop (11 m) o průměru 1,25 palce (32 mm) až 3,75 palce (95 mm). Po zkušenostech s několika materiály pro jeho konstrukci standardizoval americký ropný institut (API) použití dvou materiálů nebo kompozic pro tuto část: uhlíkovou ocel a mosaz , oba s vnitřním povrchem z chromu . Výhodou mosazi oproti tvrdší uhlíkové oceli je její 100% odolnost proti korozi .
  • Píst / Plunžr : Jedná se o nikl-kovový stříkaný ocelový válec, který jde dovnitř hlavně. Jeho hlavním účelem je vytvořit sací efekt, který zvedne kapaliny pod ním a poté pomocí ventilů postupně odvádí kapaliny nad studnu. Dosahuje toho pomocí vratného pohybu nahoru a dolů.
  • Ventily : Ventily mají dvě součásti - sedlo a kuličku -, které při zavření vytvářejí úplné těsnění. Nejčastěji používaná sedadla jsou vyrobena z nitridu uhlíku a koule je často vyrobena z nitridu křemíku. V minulosti se používaly kuličky ze železa, keramiky a titanu. Titanové kuličky se stále používají, ale pouze tam, kde je ropa extrémně hustá a / nebo je-li množství kapaliny, které se má zvednout, velké. Nejběžnější konfigurace tyčového čerpadla vyžaduje dva ventily, nazývané pojízdný ventil a pevný (nebo statický nebo stojící) ventil.
  • Pístní tyč : Jedná se o tyč, která spojuje píst s vnější částí čerpadla. Jeho hlavním účelem je přenášet vratnou energii nahoru / dolů produkovanou „Nodding Donkey“ ( čerpací jednotkou ) instalovanou nad zemí.
  • Tvarovky: Ostatní části čerpadla se nazývají tvarovky a jsou to v zásadě malé kousky určené k tomu, aby vše drželo pohromadě na správném místě. Většina z těchto dílů je navržena tak, aby umožňovala nerušený průchod tekutin.
  • Filtr / sítko : Úkolem filtru, jak je naznačeno, je zabránit nasávání velkých úlomků horniny, gumy nebo jiných odpadků, které by se mohly ve studni uvolnit, do čerpadla. Existuje několik typů filtrů, z nichž nejběžnější je železný válec s dostatečným počtem otvorů, které umožňují vstup množství kapaliny, kterou čerpadlo potřebuje.

Podpovrchové čerpání

Podpovrchové čerpadlo vytlačuje kapalinu na dně studny, čímž se snižuje tlak ve spodním otvoru. Pohyb pístu a pohyblivého ventilu pomáhá vytvářet nízký tlak, čímž se tekutina pohybuje nahoru. Pohon se otevírá při zdvihu dolů a zavírá se při zdvihu nahoru. Je to na zdvihu nahoru, který nese tekutinu do studny. Sací tyč je obvykle 25 stop dlouhá. Existují 3 typy čerpacích jednotek: třída 1, značka 2 nebo vyvážené vzduchem. Změnou délky zdvihu nebo rychlosti čerpadla lze změnit rychlost výroby.

Produkci naměřenou v sudech za den lze vypočítat pomocí následujícího vzorce: P = SxNxC, kde P = produkce v sudech za den, S = délka zdvihu dolu (palce), N = počet zdvihů za minutu, C = odvozená konstanta z následujících možností:

Průměr pístu = konstantní "C"

1 1/16 "= 0,132
1 1/4 "= 0,182
1 1/2 "= 0,262
1 3/4 "= 0,357
2 "= 0,468
2 1/4 "= 0,590
2 1/2 "= 0,728
2 3/4 "= 0,881
3 1/4 "= 1,231
3 3/4 "= 1,639

Pro online kalkulačku: Kalkulačka výroby pumpy na pruty Don-Nan Sucker (bpd)

100% produkce je teoretická. 80% je realističtější výpočet výroby.

Hybridní plynový výtah a tyčové čerpadlo

Nedávno byla vyvinuta nová technologie, která kombinuje plynový výtah s tyčovým čerpadlem, přičemž pro každou metodu výtahů jsou vyčleněny dva samostatné hadicové řetězce ve vrtu. Tato technika je navržena speciálně pro umělé zvedání jedinečné geometrie vodorovných / odchýlených vrtů a také vertikálních vrtů, které mají hluboké nebo velmi dlouhé perforované intervaly nebo mají příliš vysoký poměr kapaliny a plynu (GLR) pro konvenční metody umělého zvedání. V této konstrukci je tyčové čerpadlo umístěno ve svislé části studny nad odchýleným nebo perforovaným intervalem, zatímco pro zvedání kapalných zásobníků z odchýleného nebo prodlouženého perforovaného intervalu nad nad tyčovým čerpadlem je používán plyn s relativně nízkým tlakem a malým objemem. Jakmile jsou kapaliny zvednuty nad čerpadlo, zachycují se nad pěchem a poté vstupují do komory čerpadla, kde jsou přepravovány na povrch.

Tato konstrukce překonává vysoké náklady na údržbu, problémy s rušením plynem a omezení hloubky instalace konvenčních čerpacích systémů do odchýlených nebo prodloužených perforovaných intervalů a také překonává významný zpětný tlak vyvíjený na nádrž konvenčním plynovým výtahem.

PCP

Progresivní dutinová čerpadla (PCP) se také široce používají v ropném průmyslu. PCP se skládá ze statoru a rotoru . Rotor se otáčí pomocí motoru na horní straně nebo motoru se spodní dírou. Sekvenční dutiny vytvořené rotací a vyrobené tekutiny jsou tlačeny na povrch. PCP je flexibilní systém s širokou škálou aplikací z hlediska rychlosti (až 5 000 bbl / d (790 m 3 / d) a hloubky 6 000 ft (1 800 m)). Nabízejí vynikající odolnost vůči abrazivům a pevným látkám, ale jsou omezeny na nastavení hloubek a teplot. Některé složky vyráběných tekutin, jako jsou aromatické látky, mohou také zhoršit elastomer statoru.

Čerpání bez tyče

Mohou být ponorné hydraulické nebo elektrické. Hydraulika používá k ovládání kapalinového motoru s dolním otvorem vysokotlaký silový olej. Motor zase pohání píst, který pohybuje kapalinou na povrch. Systém napájecí kapaliny může být otevřený nebo uzavřený, záleží na tom, zda lze napájecí kapalinu smíchat s kapalinou studny. Tento typ systému má obvykle nadzemní energetická kapalinová čerpadla a zásobník. Elektrické ponorné je další typ čerpacího systému bez tyče. To využívá elektrické čerpadlo ponořené ve studni a připojené k řadě transformátorů a řídicích zařízení, která napájí a řídí čerpací rychlost. V tomto systému je elektromotor izolován od oleje chráničem. Přívod kapaliny, který je před mechanismem čerpadla, má odlučovač plynů, také spojovací skříňka na povrchu pomáhá odvádět veškerý plyn, který by mohl projít elektrickým vedením.

Tyčové a bezpístní čerpací mechanismy v zásadě pomáhají dosáhnout pohybu kapaliny snížením tlaku ve spodním otvoru posunutím kapaliny nad to všechno mechanickými prostředky. Další metodou je zdvihací mechanismus plunžru, který využívá tubus jako hlaveň. K pohonu pístu používá plyn.

Je důležité si uvědomit, že existuje několik variant těchto metod, které lze použít. Obsahují; tryskové čerpání zahrnující hydraulické čerpadlo a trysku, které přenášejí hybnost kapaliny přímo na produkující kapalinu nebo zdvih komory, což je modifikovaný mechanismus zvedání plynu, který nemá zpětný tlak. K dispozici jsou také upravené konstrukční jednotky pro čerpání tyčí, které k práci používají buď naviják, nebo pneumatický mechanismus.

Kontinuální pásová přeprava

Tato metoda využívá kontinuální pás absorbující olej k přepravě těžkého oleje jako alternativu k čerpání. Jednostranný pás ve tvaru „O“ poháněný povrchovou jednotkou Moebius se cykluje nepřetržitě do podzemní jednotky pod statickou úrovní, zachycuje ropu a dopravuje ji do povrchové jednotky ke sběru. Oleofilní vlastnosti pásu zajišťují, že není zachycen písek, parafín a většina vody.

Vzhledem k jeho relativně nízké rychlosti zachycování ropy pod 130 barelů denně v maximální hloubce 4000 metrů a velmi nízkým provozním nákladům se tato metoda používá především ve striptérkách, okrajových, nečinných a opuštěných vrtech . Optimální složení oleje pro CBT jsou nádrže se středním, těžkým a velmi těžkým olejem, při maximální teplotě 130 stupňů. Celsia. Velkoobjemové, lehké ropné vrty nejsou pro tuto metodu vhodné.

Viz také

Reference

externí odkazy