Gaz Emme Pompası: Nasıl Çalışır?

Petrol mühendisleri, üretim uzmanları ve tedarik ekipleri için, geleneksel kaldırma sistemlerinin yetersiz kaldığı kuyularda gaz önleyici pompa teknolojisini anlamak, belirlemek ve tedarik etmek konusunda derinlemesine teknik bir inceleme.

Giriş: Doğalgaz Kazanınca Üretim Kaybeder

Her yapay kaldırma mühendisinin er ya da geç karşılaştığı sinir bozucu bir arıza modu vardır: Kuyu çalışıyor, kiriş ünitesi sallanıyor, yüzeyden her şey normal görünüyor, ancak üretim rezervuarın vermesi gerekenin çok küçük bir kısmı kadar. Dinamometre kartı üst bölümün çöktüğünü gösteriyor. Üretim testi günde 30 varil olarak sonuçlanıyor, oysa giriş modeli günde 180 varil elde edilebileceğini söylüyor. Pompa bozuk değil. Boru hattı sağlam. Yüzey ünitesi doğru çalışıyor.

Kuyuda gaz tıkanıklığı var.

Pompa haznesinde, vananın üzerinde serbest gaz birikmiş durumda veEmme Çubuğu PompasıPompa, sıvıyı yer değiştirmek yerine her vuruşta gaz sütununu sıkıştırıp genişletiyor. Pompa çalışıyor, ancak petrolü hareket ettirmiyor. Gaz kilitlenmesi veya gaz girişimi olarak bilinen bu durum, dünya çapında yapay kaldırma sistemlerinde en yaygın ve maliyetli performans sorunlarından biridir ve gaz açısından zengin petrol sahalarındaki üretim kayıplarının, erken bakım çalışmalarının ve ertelenmiş varillerin orantısız bir bölümünden sorumludur.

Sorunun küresel ölçeği oldukça önemlidir. Çözünme gazı tahrikli rezervuarlardan, ilişkili su üretimi olan kömür yatağı metan oluşumlarından, rezervuar basıncının azalmasıyla gaz-yağ oranının (GOR) yükseldiği geç dönem sahalardan ve kabarcık noktasına yakın veya üzerinde tamamlanmış kuyuların tümü, farklı derecelerde gaz girişim sorunuyla karşı karşıyadır. Sektör tahminleri, gazla ilgili pompa verimliliği kayıplarının küresel olarak on binlerce kuyuyu etkilediğini ve toplam ertelenmiş üretimin yılda milyonlarca varil olarak ölçüldüğünü göstermektedir.

Bu soruna yönelik mühendislik çözümü şudur:gaz önleyici emme çubuğu pompası— Gaz kilitlenmesini önlemek, pompa çevrimi boyunca serbest gazı yönetmek ve en zorlu gaz koşullarında bile anlamlı üretimi sürdürmek için standart pompa mimarisini belirli ve hedefli şekillerde değiştiren bir dizi tasarım yeniliği. Bu kılavuz, bu tasarımların tam olarak nasıl çalıştığını, ne zaman gerekli olduklarını, kuyu koşullarınız için doğru konfigürasyonu nasıl seçeceğinizi ve gaz önleyici pompa mühendisliğini gerçekten anlayan bir üreticide nelere dikkat etmeniz gerektiğini ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Birinci Bölüm: Gaz Kilitlenmesinin Fiziği — Geleneksel Pompaların Yüksek Gaz-Yağ Oranlı Kuyularda Neden Başarısız Olduğu

Standart bir emme çubuklu pompa gazı nasıl pompalar?

Gaz kilitlenmesinin nedenlerini ve gaz önleyici tasarımların bunu önlemek için neler yaptığını anlamak için, geleneksel bir emme çubuklu pompanın pompalama döngüsünü ve gazın bu döngüyü nasıl bozduğunun kesin mekanizmasını anlamanız gerekir.

Normal çalışma koşullarında pompa döngüsü şu şekilde işler:

Yukarı doğru hareket: Çubuk dizisi pistonu yukarı doğru çeker. Pistonun altındaki basınç düşer. Sabit valf açılır - rezervuar sıvısı alttan namluya akar. Hareketli valf kapanır - pistonun üzerindeki sıvı yüzeye doğru yükselir.

Aşağı doğru hareket: Piston aşağı doğru hareket eder. Pistonun altındaki basınç artar. Sabit valf kapanır. Hareketli valf açılır; sıvı pistonun altından üstüne geçer. Döngü tekrarlanır.

Varil sıvı ile dolu olduğu sürece bu döngü mükemmel çalışır. Sıvının sıkıştırılamazlığı, tüm pompalama mekanizmasının dayandığı temel fiziksel özelliktir: sıvı dolu bir varil aşağı doğru hareket eden bir piston tarafından sıkıştırıldığında, basınç artışı anlık ve büyük olur, hareketli valf hızla açılır ve tam strok deplasmanı yukarıdaki sıvı sütununa aktarılır.

Gaz Kilidi Mekanizması: Adım Adım

Pompa girişinde serbest gaz bulunduğunda —bunun nedeni ya pompa giriş basıncının sıvı kabarcık noktasının altında olması ve çözünmüş gazın buharlaşması ya da gaz ayırıcının bulunmaması veya yetersiz boyutlandırılmış olması olabilir— her yukarı hareket sırasında gaz, sıvı ile birlikte hazneye girer.

Sonraki aşağı doğru harekette, piston aşağı iner ve varilin içindeki sıvıyı sıkıştırır. Varil saf sıvı içeriyorsa, basınç hemen yükselir, hareketli valf açılır ve sıvı yer değiştirme normal şekilde devam eder. Varil gaz-sıvı karışımı içeriyorsa, gaz sıkıştırılabilir olduğu için hareketli valf açılmadan önce gaz sıkışır. Aşağı doğru hareket, gazı hareketli valfi açacak kadar yeterli bir basınca (esas olarak, pompanın üzerindeki sıvı sütununun basıncına) sıkıştırmak için yeterince uzun bir mesafe kat etmelidir. Ancak o zaman hareketli valf açılır ve sıvı yer değiştirme başlar.

Hareket eden valf açılmadan önce pistonun kat etmesi gereken mesafe ne kadar uzun olursa, etkili deplasman stroku o kadar kısalır ve hacimsel verimlilik o kadar düşer. Hafif gaz girişiminde pompa %60-70 verimlilikle çalışır. Şiddetli gaz girişiminde, piston gaz kolonunu sıkıştırabilir ve hareket eden valfi açmak için yeterli basınca ulaşılmadan önce strokun en alt noktasına ulaşabilir ve bu strokta hiçbir sıvı yer değiştirmez. Bu, gaz kilitlenmesinin tam halidir.

Matematiksel ilişki, pompanın sıkıştırma oranı ile tanımlanır:

CR = (Vb + Vcp) / Vcp

• Vb = Pistonun tam hareket boyunca süpürdüğü hacim

• Vcp = Boşluk hacmi — pistonun en alt noktadaki hareketi ile kapalı sabit valf arasındaki hacim.

Piston ile alt stroktaki sabit valfin üst kısmı arasındaki ölü boşluk hacmi büyük olan bir pompanın sıkıştırma oranı düşüktür. Serbest gaz mevcut olduğunda, hareketli valfi açmak için yeterli basınca kadar gazı sıkıştıramaz. Minimum boşluk hacmiyle tasarlanmış bir pompanın sıkıştırma oranı yüksektir ve aşağı doğru hareketin sonundan önce gazı yüksek basınca kadar sıkıştırarak, yüksek GOR koşullarında bile hareketli valfi açıp sıvı akışını sürdürebilir.

Gaz pompası tasarımının temel mühendislik prensibi şudur: Sıkıştırma oranını en üst düzeye çıkarmak için boşluk hacmini en aza indirmek.

Gaz Kilitlenmesi Pratikte Nasıl Görünüyor? — Saha Raporları

Yüksek GOR'lu sahalarda kapsamlı çalışmalar yapmış mühendisler, gaz girişimini teşhisi canlı hale getiren terimlerle açıklıyorlar:

Sığ bir kumtaşı tabakasından, tam da kaynama noktasında üretim yapıyorduk. Kullandığımız geleneksel pompalar, hacimsel verimlilik açısından %35 ile %45 arasında bir değer gösteriyordu; bu da rezervuarın sağlayabileceği miktarın ancak üçte biri kadardı. Dinamometre kartları, klasik gaz sıkıştırma imzasını gösteriyordu: kartın sol üst köşesi, istediğiniz keskin dikdörtgen şekil yerine yuvarlak bir şekil almıştı. Bunun gaz olduğunu biliyorduk ama gaz önleyici pompa teknolojisi olmadan nasıl düzelteceğimizi bilmiyorduk.

En sinir bozucu yanı, pompanın mekanik olarak sorunsuz olmasıydı. Pompayı söktük, inceledik, mükemmel görünüyordu. Tekrar yerine taktık ve aynı verimliliği elde ettik. Sorun asla pompa donanımı değildi, benzindi. Bunu anladıktan sonra, pompa incelemelerine zaman harcamayı bıraktık ve asıl sorunu çözmeye başladık.

Kömür yatağı metan sahamızda, kuyular öncelikle ilişkili gazla birlikte su üretiyor. Gaz-yağ oranı (GOR), sıvı akış hızına göre çok yüksek. Gaz önleyici pompalar olmadan, günde 150 varil su üretmesi gereken kuyulardan günde 40-50 varil su çıkarıyorduk. Su tahliye oranları, aslında önemsediğimiz gaz üretimini etkiliyor, bu nedenle verimsiz su tahliyesi saha gelirleri üzerinde çarpan etkisi yaratıyor.

Bu saha gözlemleri teknik literatürle tutarlıdır: gaz girişimi öncelikle bir verimlilik sorunudur, mekanik arıza sorunu değildir ve bakım müdahalesi değil, pompa tasarım seviyesinde bir mühendislik çözümü gerektirir.

İkinci Bölüm: Benzin Pompalarına Karşı Teknolojiler — Her Yaklaşım Nasıl Çalışır?

Yaklaşım 1: Boşluk Hacmini En Aza İndirme (Sıkıştırma Oranı Çözümü)

Gaz girişimine verilebilecek en doğrudan mühendislik yanıtı, pompa tasarımından mümkün olduğunca fazla boşluk hacmini ortadan kaldırmaktır. Pistonun altındaki her bir inç küp ölü hacim, gazın seyahat valfi açılma basıncına kadar sıkıştırılmadan kaplayabileceği alandır; bu da hiçbir şeyi yer değiştirmeyen boşa harcanmış bir harekettir.

Standart bir pompadaki boşaltma hacminin kaynakları şunlardır:

• Pistonun alt kısmı ile dikey valf kafesinin üst kısmı arasındaki, pistonun en alt noktasındaki boşluk.

• Ayakta duran vana kafesinin iç hacmi

• Üretim toleranslarından veya hizalama hatalarından kaynaklanan, ayakta duran valf tertibatı ile namlu deliği arasındaki herhangi bir boşluk.

Gaz pompası tasarımları, boşluk hacmini çeşitli özel modifikasyonlar yoluyla ele alır:

Uzatılmış piston tabanı: Piston, strokun alt kısmında sabit valf kafesi deliğine sıkıca oturan ve boşluk hacmini mekanik olarak yer değiştiren, hassas bir şekilde işlenmiş aşağı doğru bir uzantı ile modifiye edilmiştir. Pistonun, aralarında bir boşluk kalacak şekilde sabit valf kafesinin üst kısmında durması yerine, uzatılmış piston kelimenin tam anlamıyla kafes deliğine girer ve neredeyse tüm ölü alanı ortadan kaldırır. Sıkıştırma oranı, standart bir pompadaki tipik 1,1-1,3 değerinden, iyi tasarlanmış bir gaz önleyici konfigürasyonda 3,0-5,0 veya daha yüksek bir değere çıkabilir.

Ayakta duran valf kafesi tasarım modifikasyonu: Gaz önleyici pompalar, minimum iç hacme sahip olacak şekilde tasarlanmış ayakta duran valf kafesleri kullanır; bu kafesler daha kısa gövdelere, dar aralıklı bilye kılavuzlarına ve akışkan akışını optimize eden akış yollarına sahiptir. Bu sayede kafes içinde kalan ölü hacim azaltılırken, sıvı üretimi için yeterli akış alanı korunur.

Hassas uyumlu namlu ucu: Namlu deliğinin alt kısmı, piston uzantısının kafes deliğine minimum radyal boşlukla girmesini sağlayacak şekilde, dar toleranslarla hassas bir şekilde işlenmiştir; bu da uzantının hacimsel yer değiştirmesini en üst düzeye çıkarır.

Pratik sonuç: Yüksek sıkıştırma oranına sahip bir gaz önleyici pompa, standart bir pompanın tamamen gaz kilitlenmesine neden olacağı gaz-sıvı karışımlarında çalışabilir. Eğer varile giren karışım giriş koşullarında hacimce %40 gaz ise, 5:1 sıkıştırma oranına sahip bir pompa bu gazı giriş basıncının beş katına kadar sıkıştırabilir (bu, 2000-3000 psi akış borusu kafa basıncına sahip kuyularda hareketli vanayı açmak için yeterlidir) ve ardından strokun geri kalanında sıvıyı dışarı atabilir.

Yaklaşım 2: Hareketli Valf Tahliye Portu (Havalandırmalı Piston Tasarımı)

Farklı bir mühendislik yaklaşımı, gaz girişimini gazı daha agresif bir şekilde sıkıştırarak değil, gazın sorunlu seviyelere ulaşmadan önce kaçabileceği bir yol sağlayarak ele alır. Hareketli vana tahliye portu (bazen portlu hareketli vana veya havalandırmalı piston olarak da adlandırılır), pistonun altındaki gövdeyi yukarıdaki boruya bağlayan küçük, kalibre edilmiş bir açıklık içerir.

Pompalama döngüsü sırasında nasıl çalışır:

Piston aşağı doğru hareket ederken, pistonun altında (namluda) sıkıştırılan gaz, delikten yavaşça yukarıdaki boruya sızar. Bu, hareketli vananın açılmasından önce elde edilmesi gereken basıncı azaltır ve böylece gaz sıkıştırma ihtiyacını etkili bir şekilde düşürür. Delik, gaz geçişine izin verirken sıvı geri akışını sınırlayacak şekilde boyutlandırılmıştır; çok büyük bir delik kabul edilemez sıvı sızıntısına neden olur; çok küçük bir delik ise yetersiz gaz tahliyesi sağlar.

Yukarı doğru hareket sırasında, tahliye deliği, az miktarda sıvının borudan tekrar namluya geçmesine izin verir; bu da namludan gazı uzaklaştıran küçük bir ön dolum sıvısı oluşturur. Ardışık hareketler boyunca, gaz delikten dışarı çıktıkça ve yerini ön dolum sıvısı aldıkça namludaki gaz içeriği kademeli olarak azalır. Bu gaz tahliye davranışı, bir gaz girişim olayından sonra hacimsel verimliliği kademeli olarak geri kazandırır.

Portlu hareketli vanaların dezavantajı: Gazın kaçmasına izin veren aynı delik, yukarı doğru hareket sırasında borudan sürekli küçük bir sıvı geri akışına da izin verir. Bu sızıntı, gaz yönetiminin maliyeti olarak kabul edilmesi gereken hacimsel verimlilik kaybını temsil eder. Portlu hareketli vanalara sahip iyi tasarlanmış gaz önleyici pompalar, sıvı geri akışını en aza indirirken yeterli gaz tahliyesi sağlamak için delik boyutunu kalibre eder; ancak bu denge, her uygulamanın spesifik GOR'una, akışkan özelliklerine ve çalışma SPM'sine bağlıdır.

En iyi uygulama: Portlu hareketli vana tasarımları, gaz girişiminin orta düzeyde ve aralıklı olduğu kuyularda en iyi sonucu verir; burada ara sıra oluşan gaz akışları pompa performansını bozar ancak giriş noktasındaki ortalama gaz oranı yönetilebilir düzeydedir. Sürekli yüksek GOR (gaz-yağ oranı) uygulamaları için, portlu vana tek başına yeterli değildir ve yüksek sıkıştırma oranlı kuyu tasarımıyla birlikte kullanılmalıdır.

Yaklaşım 3: Gaz Çapa Yöntemi — Pompa Girişinden Önce Dıştan Ayırma

Gaz ankrajı, pompanın kendisinde yapılan bir değişiklik değil; pompanın girişine yukarı yönde monte edilen ve üretilen sıvının pompa gövdesine girmeden önce serbest gazı yerçekimiyle ayırarak uzaklaştıran bir kuyu içi ayırıcıdır. Gaz önleyici pompa yönetimi için en önemli tamamlayıcı araçtır ve doğru tasarlanıp boyutlandırıldığında, genellikle tek başına pompa tasarım değişikliklerinden daha etkilidir.

Gazlı çapa nasıl çalışır:

Serbest gaz ve sıvının yoğunlukları farklıdır. Üretilen akışkan, boru ile pompa girişi arasına bağlı boru şeklindeki bir hazne olan gaz ankrajına girdiğinde, gaz kaldırma kuvvetiyle sıvıdan ayrılır. Gaz, gaz ankraj haznesinin üst kısmına doğru yukarı hareket eder ve boru-muhafaza halkasına salınır (burada halka gaz üretim yolu aracılığıyla bağımsız olarak yüzeye çıkabilir), sıvı ise haznenin dibine doğru çöker ve pompa girişine girer.

Gaz ankrajının etkinliği, ankraj içindeki sıvının kalma süresine bağlıdır; daha uzun kalma süresi, daha eksiksiz bir ayrışmaya olanak tanır. Kalma süresi, ankraj hacmi (daha büyük daha iyidir) ve akış hızı (daha düşük akış hızı, belirli bir hacim için kalma süresini artırır) tarafından belirlenir. Gaz ankrajı, belirli kuyunun sıvı üretim hızı, GOR ve sıvı özelliklerine göre boyutlandırılmalıdır; 100 BPD'lik bir kuyu için tasarlanmış bir ankraj, 400 BPD'lik bir kuyuyu yeterince koruyamaz.

Gazlı ankraj çeşitleri:

Ters akışlı gaz ankrajı (en yaygın olanı): Sıvı ankrajın üst kısmından girer, orta borudan aşağı doğru akar, altta yön değiştirir ve daha sonra dış halkadan yukarı doğru akarak üstteki pompa girişine ulaşır. Akış yönünün değişmesi ve dış halkadaki yavaş yukarı doğru akış sırasında serbest gaz ayrılır ve ankrajın üst kısmında birikerek muhafaza halkasına tahliye edilir. Bu tasarım, kompakt bir boru gövdesi içinde mümkün olan en uzun pratik akış yolunu sağlar.

Kupa tipi veya bölmeli ankraj: Çoklu akış tersine çevirmeleri ve kademeli ayırma oluşturmak için iç bölmeler veya kupalar kullanır. Yüksek GOR'lu kuyularda basit ters akış tasarımlarından daha etkilidir, ancak mekanik olarak daha karmaşıktır ve parafin veya kireç birikintileri nedeniyle tıkanmaya daha yatkındır.

Doğal ayırıcı (pompa, perforasyonların altına yerleştirilir): Yeterli kuyu muhafazası boşluğu ve boru esnekliğine sahip kuyularda, pompa girişini üretim perforasyonlarının altına yerleştirmek, rezervuar sıvısının perforasyon seviyesinde kuyu muhafazasının halka boşluğuna girmesine olanak tanır; gaz doğal olarak ayrışır ve yukarı doğru hareket ederken, sıvı çökelir ve kuyu muhafazasının halka boşluğu yoluyla pompaya girer. Bu doğal gaz ankrajı, uygun tamamlama işlemlerinde oldukça etkilidir, ancak belirli bir kuyu geometrisi ve tamamlama mimarisi gerektirir.

Yaklaşım 4: Kombine Gaz Önleme Sistemi — Çoklu Teknolojilerin Entegrasyonu

En etkili gaz önleme pompa sistemleri, üç yaklaşımı da entegre bir sistemde birleştirir: kalan gazı işleyen yüksek sıkıştırma oranlı bir pompa gövdesi, pompa çevrimi içindeki artık gaz girişimini yöneten portlu bir hareketli valf ve pompaya ulaşmadan önce serbest gazın büyük kısmını uzaklaştıran, pompa girişinin yukarısında yeterli boyutta bir gaz ankrajı.

Bu entegre yaklaşım, sinerjik faydalar sağlar. Gaz ankrajı, pompaya giren gaz oranını azaltır; bu da yüksek sıkıştırma oranlı pompanın azalan gaz yükünü daha yüksek verimlilikle işlemesini sağlar. Ayrıca, portlu hareketli vana, üretimdeki ani artışlar veya akış dengesizliği sırasında ankrajı atlayan ara sıra oluşan gaz akışına karşı bir emniyet vanası görevi görür.

Yüksek gaz-yağ oranına sahip operasyonlardan elde edilen saha verileri, bu üç unsurun tamamının uygulanmasıyla hacimsel verimlilikte %35-50 aralığından (konvansiyonel pompa, gaz yönetimi yok) %70-85'e (entegre gaz önleme sistemi) kadar tutarlı iyileşmeler gösterirken, aynı zamanda gaz kilitlenme olaylarını kronik olmaktan nadir hale düşürmektedir. Komple sisteme yapılan yatırım (gaz önleme pompası özellikleri, uygun gaz ankrajı ve gerektiğinde portlu vana) genellikle üretimdeki iyileşmenin ilk birkaç ayında geri kazanılmaktadır.

Üçüncü Bölüm: Gaz Pompasına İhtiyaç Duyduğunuzda — Saha Senaryosunun Belirlenmesi

GOR Eşiği: Gaz Girişimi Ne Zaman Sorun Haline Gelir?

Gaz girişimi ikili bir durum değildir; düşük GOR'da hafif verimlilik azalmasından yüksek GOR'da tam gaz kilitlenmesine kadar sürekli bir spektrumdur. Gaz girişiminin aktif mühendislik müdahalesi gerektirdiği eşik, pompanın doğal sıkıştırma oranına ve yüzey koşullarındaki değil, pompa giriş koşullarındaki GOR'a bağlıdır.

Mühendislerin birçoğunun gözden kaçırdığı kritik bir ayrım: Yüzey GOR (ayırıcıda ölçülen) ve pompa giriş GOR'u (pompa giriş basıncı ve sıcaklığındaki gaz oranı) önemli ölçüde farklı olabilir. Rezervuar basıncında ham petrolde çözünmüş olan gaz, rezervuardan pompa girişine doğru basınç düştükçe serbest gaza dönüşür. Pompa giriş koşullarında, bu çözünmüş gazın aniden serbest gaza dönüşmesi nedeniyle serbest gaz oranı, yüzey GOR ölçümünün 3-5 katı olabilir.

Pratik bir saha kılavuzu olarak:

Gaz tahliye pompalarına sürekli olarak ihtiyaç duyulan belirli saha senaryoları

Kömür Yatağı Metan Susuzlaştırma Kuyuları: Kömür yatağı metan (CBM) kuyuları, kömür damarını basınçsızlaştırmak ve adsorbe edilmiş metanı serbest bırakmak için öncelikle su üretir. Susuzlaştırma açısından gaz-yağ oranı (GOR) çok büyüktür; kuyu birincil ürün olarak gaz üretirken, su da yüzeye çıkarılması gereken gerekli bir yan üründür. Üretilen her varil su, pompa giriş koşullarında buharlaşan çözünmüş metan içerir ve kuyu deliği her zaman serbest gaz içerir. Gaz önleyici pompalar, CBM susuzlaştırma işlemleri için esasen zorunludur.

Kabarcık Noktasının Altındaki Çözelti Gazı Tahrikli Rezervuarlar: Rezervuar basıncı kabarcık noktasının altına düştüğünde, çözünmüş gaz rezervuar boyunca çözeltiden ayrılmaya başlar. Kabarcık noktasının altındaki rezervuarlardan üretim yapan kuyularda, rezervuar tükenmesi ilerledikçe ve gözenek hacminin giderek artan bir kısmı serbest gaz tarafından işgal edildikçe, gaz-yağ oranı (GOR) sürekli olarak yükselir. Geleneksel pompalarla başlayan operasyonlar, GOR 300-500 SCF/bbl eşiğini aştığında genellikle gaz karşıtı konfigürasyonlara geçmek zorunda kalır.

Gaz Kapağı Kırılması Yaşanan Geç Dönem Sahaları: Aktif gaz kapağı bulunan rezervuarlarda, rezervuar basıncı düştükçe gaz kapağının genişlemesi, özellikle gaz-yağ temas noktasına yakın olan kuyularda gaz kırılmasına neden olabilir. Gaz kapağı kırılması, gaz-yağ oranında hızlı, bazen de dramatik bir artışa yol açarak, kırılma olayından sonraki haftalar içinde geleneksel pompaların gazla tıkanmasına neden olabilir.

Aralıklı Gaz Akışı Gösteren Kuyular: Bazı kuyularda aralıklı gaz üretimi görülür; normal sıvı ağırlıklı üretim dönemleri, pompa giriş kapasitesini geçici olarak aşan ve gaz kilitlenmesi olaylarına neden olan gaz akışlarıyla kesintiye uğrar. Bu kuyular, ortalama üretim ölçümlerinde iyi performans gösteriyor gibi görünse de, günde birden fazla gaz kilitlenmesi dönemi yaşayarak pompa strokunu boşa harcar ve sıvı basıncı olaylarına neden olur. Gaz önleyici pompalar, gaz akışı olaylarını kabul edilebilir ortalama verimlilikte tutarak, geleneksel tasarımlara göre gaz akışını daha sorunsuz bir şekilde yönetir.

Düşük Giriş Basıncına Kadar Pompalanan Kuyular: Bir kuyu, düşük dip kuyu akış basıncına kadar agresif bir şekilde üretildiğinde, pompa girişindeki basınç, düşük GOR'lu bir kuyuda bile ham petrolün kabarcık noktasının altına düşebilir. Bu koşullar altında, çözünmüş gaz pompa girişinde buharlaşır ve daha yüksek işletme basınçlarında gazlı olarak kabul edilmeyecek bir kuyu kaynaklı gaz girişimine neden olur. Bu durum, kuyu performansını en üst düzeye çıkarmak için agresif basınç düşürmenin kullanıldığı sıkı formasyonlarda özellikle yaygındır.

Dördüncü Bölüm: Doğru Gaz Pompası Konfigürasyonunun Seçilmesi

Adım 1: Gaz Probleminizi Doğru Şekilde Tanımlayın

Gaz önleme pompası seçiminde ilk ve en önemli adım, gaz sorununun doğru bir şekilde nicelendirilmesidir. "Biraz gazımız var"dan "gaz önleme pompasına ihtiyacımız var"a genelleme yapmak yetersizdir; özgül gaz-yağ oranı (GOR), pompa giriş basıncı, giriş koşullarındaki serbest gaz oranı ve gaz üretim mekanizması, hangi gaz önleme yaklaşımının en iyi teknik ve ekonomik çözümü sağladığını etkiler.

Anti-gaz pompası spesifikasyonu için gerekli veriler:

• Yüzey GOR (ayırıcı testinden) — SCF/bbl cinsinden

• Pompa giriş basıncı (PIP) — ölçülen veya modellenen

• Pompa yerleştirme derinliğindeki kuyu dibi sıcaklığı

• Ham petrolün API yoğunluğu ve kabarcık noktası basıncı

• Su oranı (BSW%)

• Kuyu derinliği ve pompa yerleştirme derinliği

• Boru ve muhafaza borusu boyutları

• Mevcut pompa konfigürasyonu ve dinamometre kartı sonuçları (varsa)

Bu verilerle, pompa giriş koşullarındaki serbest gaz oranını hesaplayın veya elde edin. Bu, pompa sıkıştırma oranı seçimi ve gaz ankrajı boyutlandırması için temel girdidir.

Adım 2: Gerekli Sıkıştırma Oranını Belirleyin

Gaz kilitlenmesini önlemek için gereken minimum sıkıştırma oranı, pompa girişindeki serbest gaz oranından hesaplanır:

Minimum CR = Pompa Giriş Basıncı / (PIP − Seyir Valfini Açmak İçin Gerekli Basınç Farkı)

Basitçe ifade etmek gerekirse: giriş noktasındaki serbest gaz oranı F (ondalık sayı olarak) ise, pompa, hareketli vanayı açmak için yeterli bir basınca kadar gazı pompa giriş basıncından (PIP) sıkıştırmalıdır; bu basınç yaklaşık olarak boru başı basıncı artı pompanın üzerindeki sıvı sütununun hidrostatik basıncına eşittir. Sıkıştırma oranı, bu iki basıncın oranını aşmalıdır.

Sahada pratik uygulama için: Girişte serbest gaz oranı %15'in altında olan kuyular, 2-3 sıkıştırma oranıyla yönetilebilir; %15-40 serbest gaz oranına sahip kuyular 4-6 sıkıştırma oranına ihtiyaç duyar; %40'ın üzerinde serbest gaz oranına sahip kuyular ise genellikle portlu hareketli vana ve yüksek verimli gaz ankrajı ile birlikte 6'nın üzerinde sıkıştırma oranına ihtiyaç duyar.

Üreticiniz, anti-gaz pompası konfigürasyonunun sağladığı spesifik sıkıştırma oranını size sağlayabilmeli ve hesapladığınız emme gazı oranı için yeterli olup olmadığını teyit edebilmelidir.

Adım 3: Gaz Çapasının Boyutlandırılması

Gaz ankrajının boyutlandırılması bir bileşen seçimi değil, bir mühendislik hesaplamasıdır. Ankraj, yeterli ayrımı sağlamak için beklenen gaz-sıvı akış hızı için yeterli kalış süresi sağlamalıdır.

En önemli boyutlandırma parametresi, gaz ayrımının sağlanabilmesi için gaz kabarcıklarının yükselme hızından daha düşük olması gereken, gaz ankrajının dış halkasındaki sıvının yukarı doğru hareket hızı olan ayırma hızıdır. Bir gaz kabarcığının yükselme hızı, kabarcık çapına, gaz yoğunluğuna, sıvı yoğunluğuna ve sıvı viskozitesine bağlıdır.

Pratik boyutlandırma kılavuzu için: gaz ankrajı halka kesit alanı (inç kare) ≥ sıvı üretim hızı (BPD) × 0,031 / minimum gaz kabarcığı yükselme hızı (ft/dak). Birçok yapay kaldırma mühendisi tarafından kullanılan basitleştirilmiş bir kural: gaz ankrajı halka hacmi, pompanın her strok başına deplasmanının en az 3-5 katı olmalı ve ayırma için en az 3 strok bekleme süresi sağlamalıdır.

Yüksek GOR'lu kuyular için (500 SCF/bbl'nin üzerinde), bazen pompanın altındaki boru hattının tamamını ayırıcı hazne olarak kullanan, aşırı büyük gaz ankrajları en güvenilir performansı sağlar. Daha uzun bir ankraj gövdesinin ek maliyeti, yeterli gaz ayrımından elde edilen üretim artışına kıyasla önemsizdir.

Adım 4: Portlu Gezici Valfin Gerekli Olup Olmadığına Karar Verin

Portlu hareketli vana, gelişmiş gaz girişim toleransı karşılığında karmaşıklığı artırır ve hacimsel verimlilikte küçük bir sürekli kayba neden olur. Aşağıdaki kuyular için en uygundur:

• GOR orta düzeyde ve değişkendir (aralıklı dalgalanmalarla birlikte 200–600 SCF/bbl aralığında).

• Yüksek sıkıştırma oranlı pompa çoğu gazı işleyebilir ancak ara sıra oluşan gaz kabarcıkları geçici verimlilik düşüşlerine neden olur.

• Kuyu, aralıklı olarak gaz üretiyor ve bu gaz üretimi yalnızca gaz ankrajı ile güvenilir bir şekilde yönetilemiyor.

Kronik olarak yüksek GOR'lu kuyular için (600 SCF/bbl'nin üzerinde), portlu vana entegre sistemin faydalı bir bileşenidir ancak birincil gaz yönetim mekanizması olarak güvenilmemelidir. Katkısı, gaz ankrajı ve yüksek sıkıştırma oranlı pompa gaz sorununu büyük ölçüde çözdükten sonra kalan gaz girişimini yönetmede en değerlidir.

Beşinci Bölüm: Gaz Pompası Spesifikasyonları için Temel Parametre Önerileri

Aşağıdaki özellikler, gaz pompası uygulamalarına yönelik deneyimli yapay kaldırma mühendisliği uygulamalarının, gaz-yağ basıncı (GOR) şiddet sınıfına göre düzenlenmiş ortak görüşünü temsil etmektedir.

Orta Düzey Gaz-Yağ Oranı Hizmeti (Yüzeyde 300–600 SCF/bbl)

Şiddetli GOR Hizmeti (Yüzeyde 600–1.500 SCF/bbl)

Aşırı Yüksek Gaz/Metrekarp Suyu Tahliye Hizmeti (şşşş 1.500 SCF/bbl veya şşşş pompa girişinde %60 ücretsiz gaz)

Altıncı Bölüm: Gaz Pompası Spesifikasyonu ve Çalıştırılmasında Sık Yapılan Hatalar

Hata 1: Antigaz Pompası Seçimini Basit Bir Ürün Kataloğu Seçimi Olarak Değerlendirmek

Gaz pompası tedarikinde en tehlikeli yanlış anlama, gaz pompasının tek, iyi tanımlanmış ve bir katalogdan sipariş edilip ek mühendislik analizi yapılmadan monte edilebilen bir ürün olduğu fikridir. Gerçekte, gaz pompası, farklı sıkıştırma oranları, farklı boşluk hacmi geometrileri, farklı valf portu boyutları gibi çeşitli tasarım değişikliklerini tanımlar ve bunların her biri belirli bir kuyu koşulları aralığına uygundur.

Sıkıştırma oranı 2,5 olan (standartın biraz üzerinde) bir emme çubuklu pompa, hafif gaz girişiminde mütevazı bir iyileşme sağlayacak ve giriş noktasında %50 serbest gaz bulunan bir kuyuda gaz kilitlenmesini tamamen önleyemeyecektir. Sıkıştırma oranı 7,0 olan bir pompa, giriş noktasında %15 serbest gaz bulunan bir kuyu için gereğinden fazla tasarlanmış (ve daha pahalı) olabilir ve yetersiz daldırma derinliğine sahip bir kuyuya monte edilirse aşırı kuvvet yükleri oluşturabilir.

Düzeltici işlem: Üreticiye spesifik kuyu verilerini (GOR, PIP, sıcaklık, akışkan özellikleri) sağlayın ve önerilen gaz önleme konfigürasyonunun -belirli sıkıştırma oranı ve boşluk hacmi özellikleriyle- pompa giriş koşullarınızdaki hesaplanan serbest gaz oranı için uygun olduğuna dair belgelenmiş bir onay isteyin.

Hata 2: Uygun Boyutta Gaz Ankrajı Olmadan Gaz Pompası Takmak

Bu hata endişe verici derecede yaygın. Gaz girişim sorunları yaşayan operatörler, gaz önleyici pompaya duyulan ihtiyacı doğru bir şekilde tespit ediyorlar ancak gaz ankrajı spesifikasyonunda相应的 değişiklikleri yapmıyorlar. Yüksek sıkıştırma oranlı bir pompa takıyorlar ancak kuyu tamamlama işleminde standart bir gaz ankrajı bırakıyorlar veya hiç gaz ankrajı kullanmıyorlar.

Yüksek sıkıştırma oranlı bir pompa, standart bir pompaya göre önemli ölçüde daha yüksek serbest gaz oranlarını işleyebilir, ancak kapasitesi sınırsız değildir. Giriş gaz oranları %50'nin üzerinde olduğunda, en iyi gaz önleyici pompa tasarımı bile, yukarı akışta gaz ayrımı olmadan kabul edilebilir hacimsel verimliliği korumakta zorlanır. Gaz ankrajı ve gaz önleyici pompa alternatif değil, birbirini tamamlayıcıdır. Birini diğerinden ayrı kullanmak, önemli performans iyileştirmelerinin gerçekleşmemesine yol açar.

Düzeltici işlem: Gaz önleyici pompa ve gaz ankrajını birlikte belirlenmiş bir sistem olarak ele alın. Gaz önleyici pompa sipariş ederken, aynı anda kuyunun üretim hızı ve GOR'una uygun boyutta bir gaz ankrajı da belirtin. Yapay kaldırma mühendisiyle ankraj hacminin beklenen gaz-sıvı akış koşulları için yeterli olduğunu teyit edin.

Hata 3: Muhafaza Halkasını Kapatmak ve Gaz Tahliyesini Önlemek

Gaz ankrajı, gazı sıvıdan ayırarak ve gazı boru ile muhafaza borusu arasındaki boşluk olan muhafaza borusu halkasına bırakarak çalışır; buradan gaz yüzeye doğru akar. Eğer muhafaza borusu halkası kapalıysa (pompanın üstüne bir üretim paketleyicisi yerleştirilmişse veya yüzeydeki halka vanası kapalıysa), ayrılan gazın gidecek yeri kalmaz. Halkada birikir, halka basıncını yükseltir, gaz ayrışmasını sağlayan hidrostatik gradyan farkını azaltır ve kademeli olarak emme yoluyla pompaya tekrar girer; bu da tüm gaz ankrajı sistemini etkisiz hale getirir.

Bu hata, özellikle üretim paketleyicilerinin diğer tamamlama mühendisliği nedenleriyle (enjeksiyon uygunluk kontrolü, kuyu bütünlüğü) rutin olarak kullanıldığı ve paketleyici yerleştirmenin yapay kaldırma etkilerinin tamamlama tasarımında dikkate alınmadığı alanlarda yaygındır.

Düzeltici işlem: Gaz yönetimi için gaz ankrajına dayanan herhangi bir kuyu için, gaz ankrajının üzerindeki kuyu borusu halkasının yüzeye açık olduğundan ve gaz akışına izin vermek için halka yüzey vanasının açık olduğundan emin olun. Diğer tamamlama nedenleriyle bir packer gerekiyorsa, pompa girişinin altına yerleştirildiğinden emin olun - pompa ile gaz ayırma bölgesi arasına değil.

Hata 4: Pompayı Üretim Aralığına Göre Çok Yüksek Ayarlamak

Pompa yerleştirme derinliği, iki mekanizma aracılığıyla gaz önleyici pompanın etkinliğini doğrudan etkiler. Birincisi, üretim deliklerinin çok yukarısına yerleştirilen bir pompa, delikler ile pompa girişi arasında uzun bir sıvı sütunu oluşturur; bu sütun, gaz kabarcıklarının yükselmesine ve pompaya girmeden önce alçalan sıvıdan ayrılmasına izin vererek doğal gaz ayrımı sağlar. Pompayı deliklere çok yakın yerleştirmek, bu doğal ayrım sütununu ortadan kaldırır ve pompaya giren gaz oranını en üst düzeye çıkarır.

İkinci olarak, pompayı sıvı seviyesinin çok üstüne yerleştirmek, uzun emme yolunda aşırı sıvı sürtünme kayıplarına neden olarak etkili pompa emme basıncını düşürür ve emme koşullarında ek çözünmüş gaz parlamasına yol açabilir.

Düzeltici işlem: Yüksek GOR'lu kuyularda, doğal ayrışma için mevcut sıvı sütununu en üst düzeye çıkarmak ve pompa girişindeki basıncı en üst düzeye çıkarmak için pompayı mümkün olduğunca derine, ideal olarak üretim deliklerinin hizasına veya yakınına yerleştirin. 0,4 psi/ft gradyanında her 100 fitlik ek derinlik, pompa giriş basıncına 40 psi ekler ve bu da giriş noktasındaki çözünmüş gaz flaş oranını önemli ölçüde azaltabilir.

Hata 5: SPM'nin Gaz Çapa Performansı Üzerindeki Etkisini Göz Ardı Etmek

Gaz ankrajının ayırma verimliliği, kalış süresine bağlıdır; yani üretilen sıvının, ayırma işleminin gerçekleşebileceği ankraj haznesinde ne kadar süre kaldığına. Daha yüksek SPM'lerde, ankrajdan geçen sıvı akış hızı daha yüksektir, bu da kalış süresini azaltır ve ayırmayı olumsuz etkiler. Bu, üretimi en üst düzeye çıkarmak için yüksek SPM'de bir anti-gaz pompası çalıştırmanın, üretim kazancını kısmen dengeleyen, gaz ankrajı üzerinde ters etki yarattığı anlamına gelir.

Bu etkileşim, standart gaz pompası önleme literatüründe yaygın olarak tartışılmamaktadır, ancak aynı kuyuda farklı SPM ayarlarında gaz ankraj performansını dikkatlice izleyen mühendisler tarafından sürekli olarak rapor edilmektedir:

10 SPM'den 7 SPM'ye düşmenin aslında net petrol üretimimizi yaklaşık %8 oranında artırdığını gördük, çünkü gaz çapası daha düşük hızda çok daha iyi çalışıyordu - hacimsel verimlilik, strok azalmasının bize deplasman maliyetinden daha fazla arttı.

Düzeltici işlem: Gaz pompasına karşı çalışan kuyular için işletme SPM'sini ayarlarken, strok deplasmanını gaz ankraj verimliliğiyle dengeleyen maksimum değerin altında genellikle optimum bir SPM olduğunu unutmayın. Optimizasyon ölçütü olarak (sadece üretim hızı değil) dinamometre ile ölçülen hacimsel verimliliği kullanın ve işletme ayar noktasını belirlemeden önce 2-3 farklı SPM ayarını test edin.

Hata 6: Antigaz Pompası Montajından Sonra Dinamometre Kartlarının İzlenmemesi

Gazın baskın olduğu koşullarda çalışan yüksek sıkıştırma oranlı bir gaz önleyici pompa, tam yüklü bir pompanın ideal dikdörtgen şeklindeki dinamometre kartından ve arızalı standart bir pompanın gaz girişim kartından farklı, kendine özgü bir dinamometre kartı üretir. Temel ve sürekli dinamometre kartı izlemesi olmadan, düzgün çalışan bir gaz önleyici pompa sistemi (istenildiği gibi çalışırken bile karakteristik gaz sıkıştırma imzaları gösterecektir) ile gaz yönetiminin bozulduğu, kötüleşen bir sistem arasında ayrım yapmak imkansızdır.

Gaz pompası karşıtı kuyulardaki dinamometre kartlarını izlemeyen operatörler, sistemlerinin tasarlandığı gibi çalışıp çalışmadığını veya bozulup bozulmadığını genellikle anlayamazlar ve bir sorunun ilk belirtisi, haftalar öncesinden tespit edilip ele alınabilecek ani bir üretim düşüşü olabilir.

Düzeltici işlem: Gaz pompasının takılmasının ilk iki haftasında bir dinamometre kartı temel değeri oluşturun ve kartları düzenli aralıklarla (en az aylık, ilk 90 gün boyunca haftalık) karşılaştırın. İzlenecek özel göstergeler şunlardır: aşağı doğru hareketin gaz sıkıştırma segmentinin uzunluğu, hareketli valfin açıldığı yük (namludaki ortalama gaz oranının göstergesi) ve toplam kart alanı (hacimsel verimlilikle orantılı).

Yedinci Bölüm: Gaz Pompası Performansında Üretici Uzmanlığının Rolü

Antigaz Pompası Üretiminin Neden Özel Mühendislik Yeteneği Gerektirdiği

Gaz önleyici pompalar, sadece katalogda farklı bir açıklama bulunan standart pompalar değildir. Minimum boşluk hacimli gövde tasarımı, hassas piston uzantısının sabit valf kafesi deliğine uyumu, portlu hareketli valf deliği boyutlandırması gibi değişikliklerin her biri, temel API 11AX spesifikasyonunun ötesine geçen mühendislik ve üretim yeteneği gerektirir.

Özellikle boşluk hacminin en aza indirilmesi, standart pompa üretiminden daha yüksek bir üretim hassasiyeti gerektirir. Piston uzantısı, sabit valf kafesi deliğine sıkı ancak sıkışmayan bir şekilde girmelidir; neredeyse tüm boşluk hacmini ortadan kaldıracak kadar sıkı, ancak sıkışma noktası oluşturacak metal-metal temasını önleyecek kadar gevşek olmalıdır. Bu tolerans gereksinimi, ancak hassas taşlama ve izlenebilir standartlara göre kalibre edilmiş titiz denetim ekipmanlarıyla elde edilebilir.

Gaz önleyici pompalar ürettiğini iddia eden ancak gerçek boşluk hacmini, elde edilen sıkıştırma oranını veya piston uzantısının kafes deliğine olan boyut toleransını belirtemeyen bir emme çubuklu pompa üreticisi, mühendislik kalitesinde gaz önleyici teknoloji sağlamaz; yalnızca katalog açıklaması sunar.

Dongsheng'in Gaz Önleme Mühendislik Platformu

Tieling Dongsheng Petrol Makineleri Şirketi, Çin'in yüksek GOR'lu (gaz-yağ oranı) büyük petrol sahası havzalarının üretim zorluklarına doğrudan yanıt olarak gaz önleyici pompa özelliğini geliştirmiştir. Dünyanın en büyük olgun petrol sahalarından biri ve yapay kaldırmada mühendislik inovasyonunun verimli bir kaynağı olan Daqing petrol sahası, 60 yılı aşkın süredir üretim yapmaktadır ve şimdi ciddi gaz girişim sorunları yaratan karakteristik yüksek GOR, azalan rezervuar basıncı koşullarını sergilemektedir. Ordos Havzası'ndaki Changqing petrol sahası, kuyu içi basınç düşüşünün pompa girişinde agresif çözünmüş gaz parlamasına neden olduğu sıkı, düşük geçirgenlikli oluşumlardan üretim yapmaktadır. Shandong Eyaleti'ndeki Shengli petrol sahası, hem yüksek GOR hem de yüksek su içeriğine sahip oluşumlar içermektedir; bu kombinasyon aynı anda hem gaz girişimi hem de korozyon sorunları yaratmaktadır.

25 yılı aşkın süredir bu ortamlara tedarik sağlayan Dongsheng'in mühendislik ekibi, gaz pompası tasarımı ve uygulaması konusunda özel bir uzmanlık kazanmıştır:

• Aktif API 11AX Monogram — minimum stok hacminde varil üretimi için gerekli hassas üretim altyapısına sahip.

• CNPC ve Sinopec Nitelikli Tedarikçi — her iki ulusal petrol şirketi de yüksek GOR ortamlarında yoğun olarak faaliyet göstermekte ve tedarikçi yeterlilik değerlendirmelerinde anti-gaz pompa performansını da dikkate almaktadır.

• Weatherford Nitelikli Tedarikçi — uygulama mühendisliği yetenek gereksinimlerini içeren uluslararası bir hizmet şirketi yeterlilik belgesi.

• ISO 9001 Sertifikalı Kalite Sistemi — sevkiyat öncesinde her pompa için sıkıştırma oranı doğrulaması da dahil olmak üzere, kritik gaz önleme boyutlarının sistematik süreç içi denetimi.

• Yılda 20.000'den fazla ünite — tutarlı boyut ve malzeme kalitesiyle özel gaz karşıtı ürün hatlarını destekleyen üretim ölçeği.

Dongsheng'in gaz önleyici pompa ürün yelpazesi şunları içerir: minimum boşluk hacimli gövde tasarımına sahip yüksek sıkıştırma oranlı RH ve RHA eklemeli pompa konfigürasyonları; farklı GOR aralıkları için kalibre edilmiş delik boyutlarında portlu hareketli vana seçenekleri; pompanın deplasmanına ve kuyunun GOR'una göre boyutlandırılmış entegre tamamlama bileşenleri olarak tasarlanmış ters akışlı gaz ankrajları; ve hem gaz girişiminin hem de piston hizalamasının endişe kaynağı olduğu, yüksek GOR'lu kuyular için uzun pistonlu gaz önleyici konfigürasyonlar.

Dongsheng tarafından sevk edilen her gaz önleme pompası, pazarlama iddiası olarak değil, boyut kontrol kayıtlarıyla ölçülmüş ve denetlenmiş bir kalite parametresi olarak, elde edilen boşluk hacmi azalması ve hesaplanan sıkıştırma oranına ilişkin belgelerle birlikte sunulmaktadır.

Çözüm: 

Petrol sahası projeniz emme çubuklu pompalara ihtiyaç duyuyor mu?

Lütfen aşağıdaki alana petrol kuyunuzun parametrelerini (kuyu derinliği, pompa çapı ve üretim hızı) içeren bir mesaj bırakın.

Mühendislerimiz 24 saat içinde size en uygun pompa modelini önereceklerdir.