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【本周专题:机械采油】Zedi技术升级 一键完成抽油泵置换

【本周专题:机械采油】Zedi技术升级 一键完成抽油泵置换

随着水平井作业比例的增加,抽油机应用面临着巨大挑战。Zedi推出了全新的液压抽油机远程监控系统,可快速发现、解决问题,防止设备损坏、降低成本。

来自 | E&P
编译 | 张德凯 影子

在过去100多年的时间里,“马头式”抽油机如景点一样点缀着油田,就像永不停歇的相机,每天重复的拍摄日落日出。抽油机就是机械采油行业的典型特征,从地层深处获得能源,为全球工业和运输业提供能量。

现在,随着非常规油藏水平井技术的兴起,每次作业都要泵入数以吨计的压裂砂,而且油气产量还会不时地波动,这些都加剧了传统马头式抽油机的应用危机。

尽管传统的抽油机在垂直井中的应用已经非常稳定、高效,但其在当今水平井中的应用却面临着巨大挑战。在水平井采油中,开发商经常将抽油泵放置于射孔段以上狗腿度较大的井段,所以在修井作业中,泵的置换很容易引起气锁问题。行业内已经有太多类似泵置换诱发严重气锁等问题的例子,当然另一方面,这也取决于泵吸入口与射孔段间距。

此外,地层中还存在着碎裂砂和其他碎片等杂物,有可能堵塞游动阀和固定阀,或在泵中积累,造成生产故障。气锁或是出砂等问题会造成泵效率、产量下降,在以往的抽油机应用中,如果发生以上问题,开发商通常会选择进行修井作业,造成生产停止,增加作业成本。

如果在生产过程中抽油机的冲程可以缩短几个小时,泵就有可能自我修复出砂和碎屑随机问题。然而,调整冲程长度需要在井场进行机械操作,而且在自我修复完成后,还要马上将机械改动解除。

虽然目前可以远程监控抽油机,操作人员能够及时检测气锁、出砂/碎屑堆积等问题,但解决的方案却是唯一的—在井场进行机械操作。而有些井场的位置非常偏远,效率较低。气驱抽油机的远程控制只具有关闭或启动功能,而带有变速控制器的AC(直流)发动机却能对冲程速率做出改变。通过使用液压泵控设备,无论抽油机是气驱或是电驱,都能及时改变其工作状态。

这种情况下,一套配备有完整远程监控软件的液压抽油机可以为开发商节省数千美元的生产成本,并消除修井作业的必要。液压抽油机通过发动机为液压油升压,然后根据需要操纵液压油缸的移动,达到控制抽油杆的目的。

相对于常规抽油机系统,上述操作更加精准,可以及时调整开采速率、冲程长度、抽油杆加速/减速,甚至可以改变上冲程/下冲程停留时间,减小抽油杆的应力载荷。

2011年,Zedi进入了液压抽油机行业,当时Zedi与另外一家公司进行合作,专门为中、小型井筒开采提供基础抽油设备。自此,Zedi逐渐扩大了产品供应范围,以适应开发商产量从低到高的采油需求。此外,Zedi还将远程监测、控制和优化技术集成,创造了完全基于液压的抽油机解决方案。现在,在几百口井应用数据的基础上,可以认为,Zedi的方案可以识别和解决(包括远程)抽油机常见问题。

在Zedi的基本解决方案模型中,液压杆式抽油装置具有独特的生产井优化能力。然而,现在该工具得到了全面改进,在将液压抽油机与最新的数据收集、分析技术结合后,Zedi推出了一种强大的工具,对于解决水力压裂水平井中的抽油机应用问题非常有效。

出砂及碎屑堆积问题

远程监测和控制系统的优点之一,就是解决出砂和碎屑堆积问题。当井下的泵放置于狗腿度较大的井段,那么出砂和碎屑就会逐渐在泵底部堆积,影响游动阀的效率。如果这种恶性的堆积持续,游动阀在下冲程中就会先与堆积的砂相遇,之后再完成整个冲程,造成抽油杆应力显著增加。在泵的监测设备一端就会显示为撞击状态,而井下的实际状况却不是如此,只是泵的上端发生了问题,而不是泵本身。

为了确定问题是否真正的发生,我们必须要长时间的监测其工作状态,以建立基线参数,比如抽油杆负荷的峰值和最小值等。当这些标准都建立后,就可以设置触发警报的阈值,及时提示操作人员问题的发生。

如图1 所示,正常的最小抽油杆负荷是2500 lb,所以抽油杆低负荷的报警阈值设置为2300 lb。警报的设置忽略了偶尔的操作波动,但是当抽油杆载荷开始趋向于警报值时,就会引起监测设备注意,如图中圆圈区域所示。图中所示的问题是由于泵筒底部碎片堆积、游动阀撞击造成的。在本例中,如图所示,最小载荷在10in处下降。

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图1.该图中展示了出砂/碎屑堆积问题发生时的警报及解决过程。图中最下方的曲线记录了问题发生前、中、后整个过程的载荷变化。左侧的泵监测卡片记录了问题发生时载荷的变化,右侧的泵监测卡片记录了问题解决后的状况。通过使用液压抽油机远程监测和控制系统,以上整个过程都在很短的时间内解决,无需在井场进行任何操作。

在抽油机应用中,一个最主要的关键点就是要防止泵不断压缩堆积的出砂和碎屑,避免出现必须通过修井作业才能解决问题的状况。通过使用液压抽油机远程控制系统,操作人员可以将下冲程位置提升一段时间,在上述图例中为15 in。当泵停止压缩堆积的出砂和碎屑,这些杂质会变成一种浆状的状态,可以被采出液冲出泵外。

为了确认是否杂质已被移除,操作人员可以将游动阀的下冲程长度稍微延长,同时监测数据的变化。在大多数的应用中,所有这些解决方案都无需在井场进行。图1中右侧表格显示为杂质移除后的正常数据,快速的问题监测和修复能够避免设备损坏和产量下降。

气锁

图2上部的图标中,标注“1”的突出点标志着抽油杆载荷突然变化,载荷最小处说明泵发生了气锁问题。

在此案例中,解决方案是提高冲程比例,即提高下冲程游动阀运动速度,目的是尽可能提高泵腔室内的压力。尽管此方法在实际应用中非常有效,但其机理还存在争议,可能是泵腔室高压将气体排除,也可能是游动阀运动速度加快造成的震动将气体排出。

图中标注“2”的区域显示问题已经解决,由于技术人员要等待开发商批准,数据稍有延迟。

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图2. 左侧标注“1”显示发生了气锁问题,标注“2”显示问题已经解决。下部的图表显示问题发生前后的冲程变化。通过远程控制,提高下冲程速率,气锁问题在5-10分钟内就得到了解决。问题解决后,技术人员确认冲程比例已经恢复正常。

在远程监测功能的协助下,技术人员在气锁问题发生15分钟后就发现了问题,虽然也存在着轻微的延迟,但20分钟后问题就解决了,没有工作人员到井场进行操作,有效避免了产量漏失。

目前,越来越多的运营商选择使用远程监控系统来消除不必要的井场操作。随着异常警报和远程控制功能的增加,液压抽油机的独特优化能力可以帮助开发商减少修井作业次数和停机时间,降低开发成本。

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