Comprensione dei sistemi di sollevamento del gas in campi di attività

I sistemi di sollevamento del gas sono stati utilizzati per decenni come metodo di sollevamento artificiale primario, in particolare nei campi maturi in cui la pressione del serbatoio naturale è diminuita al punto in cui i fluidi non fluiscono più alla superficie non utilizzati.

Il principio di base è semplice: il gas iniettato si mescola con il fluido prodotto, abbassando la sua densità e creando un differenziale di pressione che spinge il flusso. Tuttavia, l'esecuzione comporta interazioni complesse tra pressione di iniezione, impostazioni della valvola, progettazione tubi e condizioni del serbatoio.

Insufficienza del sistema di sollevamento del gas comune nelle operazioni di lavorazione

I campi di maturazione presentano sfide uniche che accelerano l'usura e aumentano la frequenza dei guasti del sistema.Le sezioni seguenti dettagliano le modalità di fallimento più prevalenti e le loro manifestazioni specifiche nei beni di invecchiamento.

Blocchi di gas o liquidi

I blocchi rappresentano una delle più frequenti interruzioni operative dei sistemi di sollevamento a gas maturo, che possono assumere diverse forme, ognuna delle quali richiede diversi approcci di identificazione e di bonifica.

L'accumulo di sabbia[] si verifica quando le multe di formazione, i depositi di scala o i detriti di corrosione si accumulano nel tubo o nel punto di iniezione. Nei campi maturi, il serbatoio può produrre quantità crescenti di particolati in quanto la matrice di formazione si indebolisce nel tempo.

La deposizione della cera[ è particolarmente problematica nei campi che producono oli grezzi paraffinici. Poiché il liquido si raffredda durante l'ascesa, i cristalli di cera formano e aderiscono alle pareti di tubatura. Nei sistemi di sollevamento del gas, l'iniezione del gas fresco può esacerbare questo problema abbassando la temperatura del liquido sotto la temperatura dell'aspetto della cera.

La formazione di Hydrate[[] crea un'altra classe di blocchi, soprattutto nei sistemi che maneggiano l'acqua con un contenuto di gas significativo. Idrati si formano quando le molecole di acqua encagendo molecole di idrocarburi leggeri a basse temperature e pressioni elevate. Il raffreddamento di espansione che si verifica nei punti di iniezione del gas può creare condizioni ideali per la nucleazione idratata.

Indossare attrezzature e corrosione

La corrosione nei sistemi di sollevamento del gas accelera nei campi maturi a causa di diversi fattori di compounding. Il taglio dell'acqua prodotto aumenta tipicamente l'età dei campi, aumentando l'esposizione delle superfici metalliche alla salamoia corrosiva. Inoltre, la presenza di anidride carbonica e solfuro di idrogeno, comune in molti serbatoi maturi, crea ambienti acidi aggressivi che attaccano i componenti dell'acciaio al carbonio.

La corrosione uniforme[] gradualmente si assottiglia pareti e corpi valvolari di tubazione, alla fine porta a guasti meccanici. La corrosione di montaggio[] crea perforazioni localizzate che possono causare perdite di gas o guasto completo di tubazione in una frazione del tempo predetto da modelli di corrosione uniformi.

L'usura delle attrezzature non è limitata alla corrosione. I sedili e gli steli a valvole sperimentano l'usura meccanica da ciclisti ripetuti. Nei campi maturi dove i tassi di iniezione sono spesso regolati per compensare la produzione in declino, questo ciclismo può essere più frequente che nei campi più giovani. Il risultato è l'insufficienza valvola prematura, il cortocircuito del gas e la riduzione dell'efficienza degli ascensori.

Pressione di iniezione di gas inadeguato

Mantenere una corretta pressione di iniezione diventa sempre più difficile quando i campi maturano. La pressione del serbatoio declina, ma il sistema di sollevamento del gas deve ancora superare la testa idrostatica della colonna fluida più la pressione posteriore dalla linea di flusso. Diversi fattori possono contribuire a una pressione inadeguata:

  • Degradazione del compressore:[[] I compressori di invecchiamento perdono efficienza e non possono fornire la pressione di scarico richiesta.
  • Aumentata la pressione del sistema:[] La scalabilità della linea di flusso, i blocchi parzialmente chiusi, o i vincoli della struttura a valle possono aumentare la pressione posteriore, richiedendo una maggiore pressione di iniezione per mantenere lo stesso effetto di sollevamento.
  • Squilibri di distribuzione dei gas:[] Nei campi con più pozzi che condividono un'alimentazione comune del gas, i cambiamenti nelle prestazioni bene possono spostare l'allocazione del gas, affamando alcuni pozzi di pressione di iniezione adeguata.
  • Perdite linea:[] Corrosione, perdite o restrizioni idratanti nelle linee di alimentazione del gas possono causare gocce di pressione che riducono la pressione di iniezione disponibile sulla testa.

La diagnosi della causa principale della pressione inadeguata richiede una misurazione sistematica in più punti del sistema, dalla scarica del compressore alla testa e alla parte inferiore della valvola di iniezione.

Valvola malfunzionamenti

Le valvole di sollevamento a gas sono dispositivi di precisione progettati per aprire e chiudere a specifiche pressioni differenziali. Nei campi maturi, i malfunzionamenti delle valvole sono tra i più comuni e più impegnativi errori da diagnosticare.

Le valvole di fissaggio[] derivano dall'accumulo di detriti, dai prodotti di corrosione o dai depositi di scala che impediscono fisicamente il movimento del meccanismo della valvola. Una valvola bloccata nella posizione aperta consente l'iniezione continua del gas indipendentemente dalle condizioni, potenzialmente sprecando gas e interferendo con l'ascensore da valvole più profonde.

Il guasto dei boccoli[] è una modalità di guasto comune nelle valvole di soffietto caricate. I soffietti possono sviluppare perdite di foro da corrosione o fatica, perdendo la pressione di carica e alterando le caratteristiche di funzionamento della valvola, che spesso si traduce nella valvola rimane aperta quando dovrebbe chiudere, o non avendo aperto la pressione corretta.

L'erosione di tenuta[]] si verifica quando il gas ad alta velocità trasporta le particelle fini che impinge sul sedile della valvola. Questo può ingrandire l'apertura del sedile, modificando le caratteristiche di flusso e potenzialmente permettendo al gas di bypassare la valvola anche quando è chiusa nominalmente.

La deriva di impostazione non corretta[] avviene quando le molle della valvola perdono la tensione o le pressioni di carica cambiano nel tempo. Una valvola impostata correttamente all'installazione può derivare dalla specifica, l'apertura o la chiusura a pressioni diverse dall'intento di progettazione.

Leaks nella tubazione o connettori

Le perdite di tubazioni e di connettori nei sistemi di sollevamento del gas sono particolarmente insidiose perché possono imitare altre modalità di guasto. Una piccola perdita nel tubo sopra il confezionatore permette al gas di sfuggire all'anonimo, riducendo il volume disponibile per l'iniezione e potenzialmente danneggiare l'involucro. Le perdite a connessioni filettate sono comuni nelle stringhe di invecchiamento dove fatica, corrosione, o coppia di trucco improprio durante le riparazioni compromette l'integrità della guarnizione.

Le perdite di connettori sono particolarmente problematici nei sistemi di sollevamento del gas perché l'annullamento è spesso ad alta pressione. Una perdita che permette al gas di sfuggire dal tubo nell'anonimo può causare l'accumulo di pressione dell'involucro, che può portare a un guasto catastrofico se non rilevato e affrontato prontamente.

Cause di radice Unico alle Operazioni di campo di maturazione

Mentre le modalità di guasto sopra descritte possono verificarsi in qualsiasi sistema di sollevamento del gas, i campi maturi presentano condizioni specifiche che accelerano questi guasti e complicano la risoluzione dei problemi.

Cambiare le proprietà dei fluidi

Come i serbatoi di età, la composizione dei fluidi prodotti cambia. L'aumento del taglio dell'acqua, la gravità dell'olio può diminuire e il rapporto gasolio-olio spesso diminuisce. Questi cambiamenti alterano il comportamento del flusso multifase nel tubo, che colpisce la caduta della pressione e l'efficienza dell'ascensore.

Infrastrutture Aging

L'infrastruttura fisica di un sistema di sollevamento del gas si degrada nel tempo. Tubing sviluppa la corrosione pitting e usura. Flowlines accumula depositi di scala e paraffina. I compressori sperimentano il degrado meccanico. I valves corrodono e erodono. Questa invecchiamento non è lineare; poiché i componenti si avvicinano alla fine della loro vita di progettazione, il tasso di guasto accelera.

Delineare la pressione di riserva

La sfida fondamentale nei campi maturi è la diminuzione della pressione del serbatoio. Come abbassa la pressione, la forza di guida differenziale per il flusso di fluido nel pozzo diminuisce. Il sistema di sollevamento del gas deve compensare aumentando il volume e la pressione del gas ad iniezione. Tuttavia, ci sono limiti pratici a quanto è possibile compensare.

Metodologia di risoluzione dei problemi sistemici

Un metodo passo dopo passo migliora l'accuratezza diagnostica e riduce il tempo e il costo degli interventi.

Passo 1: raccolta dati e analisi delle tendenze

Prima di qualsiasi intervento sul campo, gli operatori dovrebbero raccogliere e analizzare i dati disponibili.

  • Tendenze di tubazione e di involucro della pressione sulla testa
  • Portata di flusso e pressione del gas di iniezione
  • Tasso e composizione dei fluidi prodotti
  • Storia di intervento precedente e risultati di test
  • Dati delle prestazioni del compressore
  • Retropressione e condizioni di separazione della linea di flusso

L'analisi delle tendenze può rivelare modelli che indicano modalità di guasto specifiche. Ad esempio, un graduale aumento della pressione dell'involucro accompagnato da un calo della produzione può indicare una perdita di tubazione.

Fase 2: Indagine sulla pressione e diagnostica della valvola

Un'indagine sulla pressione del foro di scarico è uno degli strumenti diagnostici più preziosi per i sistemi di sollevamento del gas. I moderni misuratori di memoria o i sensori di downhole in tempo reale possono registrare pressione e temperatura a più profondità.

La diagnostica della valvola può essere eseguita con una prova della valvola utilizzando un recupero della linea di filo o analizzando le risposte della pressione della superficie durante i test di flusso controllati.

Passo 3: Isolare il componente del problema

Una volta che l'analisi dei dati e le indagini sulla pressione hanno ridotto le possibilità, il passo successivo è quello di isolare il componente del problema.

  • Controlli delle apparecchiature di superficie:[ Verificare le condizioni di scarico del compressore, controllare le gocce di pressione della linea di alimentazione e ispezionare i chok e le linee di flusso per le restrizioni.
  • Ispezione della testa:[] Controllare le perdite nella testa, testare le valvole di sicurezza e verificare le misurazioni del flusso di iniezione.
  • Danamizzazione del foro:[] Utilizzare il collegamento della linea di filo o tubazioni avvolta per ispezionare la condizione di tubazione, controllare il funzionamento della valvola e individuare perdite o blocchi.

Passo 4: Azione di riparazione di implementazione

Le azioni correttive dipendono dalla modalità di fallimento identificata.

  • Valvola sostituta:[] Recuperare e sostituire le valvole fallite utilizzando filo o slickline.
  • Riparazione del raddoppio:[] Utilizzando tecniche di patch o sostituzione del tubo per sezioni di perdita.
  • Trattamento chimico:[] Iniettori di scala, inibitori della corrosione, o dispersivi della paraffina per gestire i problemi di deposizione.
  • Ottimizzazione di pressione:[] Regolazione delle impostazioni del compressore, modifica dei tassi di iniezione del gas, o la riconfigurazione dei punti di imposta della valvola.

Passo 5: Verifica e Monitor

Dopo un intervento, è essenziale verificare che il problema sia stato risolto monitorando gli indicatori chiave di performance per un periodo sufficiente. Un ritorno ai tassi di produzione normali, alle pressioni di involucro e tubazioni stabili e ai volumi di gas ad iniezione coerenti confermano che l'intervento ha avuto successo.

Tecniche diagnostiche avanzate

Oltre ai metodi tradizionali, diverse tecniche avanzate possono migliorare l'accuratezza diagnostica e ridurre i costi di intervento:

Monitoraggio acustico

I sensori acustici possono rilevare perdite e operazioni di valvole ascoltando le caratteristiche delle firme sonore. I sistemi di microfoni installati sulla testa di pozzo possono raccogliere i suoni ad alta frequenza del gas che escono attraverso una piccola perdita, aiutando a localizzare perdite senza un pieno tubo di corsa. Il monitoraggio acustico è particolarmente utile per rilevare perdite nelle valvole di sollevamento a gas dove il differenziale di pressione crea un segnale acustico distinto quando la valvola si apre o si chiude.

Fibre ottiche a buco

I profili di temperatura possono identificare la profondità esatta dell'iniezione del gas, rilevare i punti di ingresso del liquido dal serbatoio, e le perdite di punti o i flussi incrociati. Il rilevamento acustico può rilevare le operazioni della valvola e il rumore di flusso, fornendo informazioni dinamiche sul comportamento del sistema. Mentre le installazioni in fibra ottica sono più costose dei tradizionali indicatori, l'intervento di rilevamento dei dati completo può fornire informazioni sul comportamento del sistema.

Modello di prestazioni di sollevamento del gas

Grazie alla costruzione di un modello calibrato del sistema, gli ingegneri possono simulare vari scenari di guasti e confrontarli con i dati reali del campo. Questo approccio aiuta a identificare i guasti sottili che potrebbero non essere evidenti da sola misura della superficie. La modellazione delle prestazioni aiuta anche nella progettazione di strategie di ottimizzazione, come la variazione della distanza delle valvole o la pressione di iniezione, per migliorare l'efficienza del sistema.

Strategie di manutenzione preventiva per campi di attività

La manutenzione preventiva è l'approccio più conveniente per la gestione dei sistemi di sollevamento del gas in campi maturi. Un programma ben progettato riduce la frequenza di guasti catastrofici, prolunga la vita delle attrezzature e riduce al minimo i tempi di fermo della produzione.

Sostituzione componenti programmata

Basato sulla storia di guasto nel campo e raccomandazioni del produttore, gli operatori dovrebbero stabilire un programma per il recupero della valvola, l'ispezione e la sostituzione. Nei campi maturi in cui le condizioni operative sono più aggressive, gli intervalli di sostituzione possono essere più brevi rispetto ai campi più giovani.

Programmi di trattamento chimico

Gli inibitori della corrosione, gli inibitori della scala e i disperdenti della paraffina devono essere iniettati continuamente o su base batch per proteggere le apparecchiature di downhole. La formulazione chimica e il tasso di iniezione devono essere adattati alla chimica dei fluidi specifici e alle condizioni operative di ogni pozzo.

Sistemi di monitoraggio continuo

I sistemi di monitoraggio automatizzati che tracciano la pressione dell'involucro, la pressione del tubo, la velocità del gas di iniezione e la velocità di produzione forniscono un avviso precoce dei problemi di sviluppo. Gli allarmi possono essere impostati per informare gli operatori quando i parametri si discostano dai normali intervalli di funzionamento.

Formazione del personale

I programmi di formazione dovrebbero coprire i fondamenti della teoria dell'elevatore di gas, del design del sistema, delle modalità di guasto e delle tecniche diagnostiche. La formazione pratica con attrezzature e simulazioni reali aiuta a costruire abilità pratiche. La formazione tra le operazioni e i team di manutenzione garantisce una comprensione condivisa del comportamento del sistema e degli approcci di risoluzione dei problemi.

Lezioni di Field Experience

Gli operatori con una vasta esperienza nei campi di sollevamento a gas maturi hanno documentato diverse importanti lezioni che possono aiutare gli altri ad evitare insidie comuni:

Non assumere che il problema sia ingombro. Molti problemi di sollevamento del gas hanno origine in superficie. Problemi di compressione, malfunzionamenti del regolatore di pressione e restrizioni della linea di flusso sono spesso la causa principale dei problemi di downhole percepiti.

I dati della linea di base sono inestimabili. Quando un pozzo viene messo per la prima volta su ascensore del gas, stabilire misurazioni complete della linea di base delle pressioni, dei tassi e delle caratteristiche operative della valvola.

Document tutto.[] Registrazioni dettagliate delle impostazioni delle valvole, degli interventi, dei cambiamenti di produzione e degli eventi di fallimento creano una base di conoscenza che migliora l'efficienza di risoluzione dei problemi nel tempo. Nei campi maturi in cui il fatturato del personale è comune, questa documentazione è essenziale per preservare la conoscenza istituzionale.

Considerare l'intero sistema.[ L'ascensore del gas non funziona in isolamento. Le variazioni delle prestazioni del serbatoio, delle condizioni di flusso o delle operazioni di separatore possono tutti influenzare le prestazioni di sollevamento del gas.

Conclusioni

La risoluzione dei problemi dei guasti dei sistemi di sollevamento del gas in campi maturi richiede una combinazione di conoscenze fondamentali, metodologie sistematiche e esperienza pratica del campo. Come l'età dei campi, la frequenza e la complessità dei guasti aumentano, esigendo approcci diagnostici più sofisticati e strategie di manutenzione più proattive.

La sfida dell'impianto di sollevamento a gas di campo maturo non è solo tecnica, ma richiede anche un cambiamento mentale dalla riparazione reattiva alla gestione proattiva, dalle decisioni di regolazione alla data-driven, e da operazioni isolate di pozzo all'ottimizzazione integrata del sistema.

Per ulteriori informazioni sulla progettazione e la risoluzione dei problemi del sistema di sollevamento del gas, fare riferimento al Schlumberger Oilfield Review articolo su principi fondamentali dell'impianto di sollevamento del gas e alla SPE PetroWiki gas lift page] per una guida tecnica completa.