فرازآوری مصنوعی چیست؟
فرازآوری مصنوعی فرآیندی است برای افزایش جریان سیال توسط ابزار مصنوعی. روش فرازآوری مصنوعی برای خروج نفت خام از چاه های تولیدی با افزایش فشار داخل مخزن استفاده می شود. برای افزایش تولید، زمانی که انرژی محرکه طبیعی مخزن برای فشار دادن روغن به سطح کافی نباشد، از وسایل مکانیکی یا وسایل دیگر استفاده می شود. روش های فرازآوری مصنوعی روغن را مجبور می کند تا به سطح برسد و در نتیجه باعث افزایش تولید و بازیابی می شود.
نیاز فرازآوری مصنوعی به فشار موجود منطقه بستگی دارد. مطالعات نشان می دهد که 50 درصد از چاه های نفت در جهان نیاز به فرازآوری مصنوعی دارند. 96 درصد از چاه های نفت واقع در ایالات متحده به آسانسور مصنوعی نیاز دارند. برای برخی از چاه ها، روش های فرازآوری مصنوعی ممکن است در ابتدا مورد نیاز نباشد. با این حال، با گذشت زمان، فشار موجود کاهش می‌یابد و از فرازآوری مصنوعی استفاده می‌شود. بنابراین استفاده از فرازآوری مصنوعی در تمام چاه ها در برخی از مراحل زندگی آنها بسیار مهم است.
هدف از فرازآوری مصنوعی
فرازآوری مصنوعی در چاه های نفت برای اهداف زیر استفاده می شود:
- افزایش تولید
- افزایش فشار مخزن، و
- افزایش عمر تولید چاه.
کار آسانسور مصنوعی
اصل کار یک سیستم فرازآوری مصنوعی حفظ فشار سوراخ پایین مورد نیاز توسط ابزار مصنوعی برای تولید سیالات مورد نظر است. این امر با انواع روش‌های فرازآوری مصنوعی در صنعت نفت و گاز مانند پمپ‌های میله‌ای مکنده، پمپ‌های سانتریفیوژ شناور الکتریکی، پمپ‌های میله‌ای دوار، پمپ‌های هیدرولیک، پمپ‌های میله مکنده پیستونی، فرازآوری پیستونی، فرازآوری گاز و غیره به دست می‌آید. مزایا و معایب منحصر به فرد
روش های فرازآوری مصنوعی
چندین روش فرازآوری مصنوعی در صنعت میادین نفتی وجود دارد. با این حال، رایج ترین روش های رایج برای فرازآوری مصنوعی عبارتند از:
- پمپ حفره پیشرونده (PCP)
- فرازآوری میله ای
- فرازآوری پلانجر
- فرازآوری گا فرازآوری هیدرولیک و
- پمپ شناور الکتریکی (ESP).
بیش از 2 میلیون حلقه چاه نفت در جهان وجود دارد. در این میان بیش از 50 درصد چاه ها از نوعی فرازآوری مصنوعی استفاده می کنند. پمپ میله مکنده پرمصرف ترین فرازآوری مصنوعی است. بیش از 75 درصد از بالابرهای مصنوعی مورد استفاده پمپ های میله مکنده هستند. اگر فقط آمار ایالات متحده را ببینیم، تقریباً 350000 چاه از پمپ های میله مکنده استفاده می کنند. به طور کلی، پمپاژ میله ای بر عملیات خشکی غالب است، در حالی که ESP و فرازآوری گاز به طور گسترده در کاربردهای دریایی استفاده می شوند.
پمپ های حفره ای پیشرونده
پمپ های حفره پیشرونده (PCP) به طور گسترده ای از سیالات بسیار چسبناک استفاده می شود و اغلب در صنعت نفت استفاده می شود. آنها پمپ های جابجایی مثبت هستند و از یک روتور و یک استاتور تشکیل شده اند. با استفاده از یک موتور سوراخ بالا یا پایین، روتور چرخانده می شود که حفره های متوالی برای فشار دادن روغن به سطح ایجاد می کند. پمپ های حفره ای پیشرونده به عنوان راه حل های حیات مصنوعی طیف وسیعی از انعطاف پذیری را از نظر نرخ و عمق متغیر ارائه می دهند. طراحی ساده PCP ها در مقایسه با سایر سیستم های فرازآوری مصنوعی هزینه عملیاتی و سرمایه پایینی دارد. عملکرد کارآمد آنها از روش فرازآوری مصنوعی بسیار موثر است زیرا آنها مقاومت فوق العاده ای در برابر مواد ساینده و جامد ارائه می دهند. آنها همچنین دارای ظرفیت فرازآوری شن و ماسه هستند اما به تنظیم عمق و دما محدود می شوند.
در زمان‌های اخیر، پمپ‌های حفره‌ای تمام اتوماتیک پیشرفته، خدمات فرازآوری مصنوعی بهتری را با نظارت بر گشتاور، نرخ جریان و سرعت پمپ ارائه می‌دهند. چنین انواع خودکار سیستم های فرازآوری مصنوعی را می توان از راه دور برای کنترل هر پارامتری در دسترس قرار داد.
میله بالابر
لیفت میله ای یکی از رایج ترین روش های فرازآوری مصنوعی است. فرازآوری میله ای از جک پمپ در سطح برای کار به عنوان یک محلول فرازآوری مصنوعی استفاده می کند. جک‌های پمپ معمولاً با نام‌های پمپ میله مکنده (SRP)، دایناسور، سر اسب، سر تکان دادن الاغ و غیره نیز شناخته می‌شوند که با برق یا گاز تغذیه می‌شوند و به پمپ‌های پرتو نیز معروف هستند. اجزای اصلی سیستم های فرازآوری مصنوعی پمپ پرتو در شکل 1 در زیر نشان داده شده است:
شکل 1: اجزای یک سیستم فرازآوری مصنوعی پمپ پرتو
برای رساندن منابع (نفت و گاز) به لوله ها و تجهیزات سطحی، جک پمپ از رشته میله مکنده و پمپ استفاده می کند که به سوراخ چاه فشار وارد می کند. میله ها به داخل لوله داخل محفظه می روند. یک پمپ و دو شیر چک در پایین رشته میله وجود دارد.
این نوع روش فرازآوری مصنوعی مزایای مختلفی مانند راندمان بالای سیستم، جابجایی مثبت، کنترل‌های بهینه، اقتصادی، انعطاف‌پذیری گسترده و غیره را ارائه می‌دهد. همچنین دارای محدودیت‌هایی مانند سایش میله و لوله، قابلیت حمل بار میله و غیره است.
فرازآوری پلانجر
بالابرهای پلانجری فشار دیفرانسیل ایجاد می کنند که مایع را به سمت لوله ها و تجهیزات تولید هدایت می کند. این نوع فرازآوری مصنوعی با استفاده از کنترل تایمر متصل به شیر کنترل فشار قوی، باز شدن شیر و بالا بردن سیال را کنترل می کند. هنگامی که لوله بسته می شود، جریان چاه متوقف می شود. سپس پیستون فرازآوری مصنوعی به پایین چاه می افتد و مایع در بالای آن جمع می شود.
پیستون ها ممکن است انواع مختلفی داشته باشند مانند پیستون جامد، پیستون برس، پیستون پد، و پیستون جریان پیوسته. فلسفه کار آنها تقریباً مشابه است. لیفت پلانجر یک راه حل عالی برای لیفت مصنوعی است. خدمات فرازآوری پلانجر بسیار محبوب است زیرا مقرون به صرفه است.
فرازآوری گاز
فرازآوری گاز یک راه حل مصنوعی فرازآوری است که در آن بار روی مخزن با تزریق گاز کاهش می یابد و محصول را به سطح می راند. تزریق گاز نسبت گاز به مایع را افزایش می دهد که باعث کاهش چگالی مخلوط گاز، روغن و آب می شود. تاسیسات فرازآوری گازی قابلیت مدیریت مواد ساینده مانند شن و ماسه را دارند. این نوع سیستم فرازآوری مصنوعی در چاه‌های کم بهره‌وری، با نسبت گاز/نفت بالا یا چاه‌های منحرف استفاده می‌شود.
یک گاز تحت فشار (معمولا دی اکسید کربن یا نیتروژن) به داخل چاه فرستاده می شود که چاه را تحت فشار قرار می دهد و مایع را مجبور می کند تا به تجهیزات و لوله های سطحی برسد. شیرهای فرازآوری گاز در اعماق محاسبه شده برای تزریق گاز پرفشار به لوله نصب می شوند.
بالابرهای گازی عملکرد آسانسور مصنوعی بسیار خوبی را ارائه می دهند و تولید آنها می تواند از صدها تا چند هزار بشکه در روز متغیر باشد. شکل 2 زیر اجزای معمولی یک سیستم فرازآوری گازی را نشان می دهد:
شکل 2: اجزای یک سیستم فرازآوری گازی
از مزایای اصلی فرازآوری گازی به عنوان انواع فرازآوری مصنوعی می توان به درجه بالایی از انعطاف پذیری، قابلیت بازیابی بی سیم، توانایی رسیدگی به شرایط شنی، حداقل فضای مورد نیاز، تولید چند چاه از یک کمپرسور، رانش لوله با سوراخ کامل و غیره اشاره کرد. سیستم فرازآوری گاز نیاز به کمپرسور، فشار برگشتی بالا، تعمیر و نگهداری و بهره برداری گران قیمت، سرعت تزریق گاز محدود و غیره است.
فرازآوری هیدرولیک
فرازآوری هیدرولیک یک روش فرازآوری مصنوعی است که از پمپ سطحی برای تحت فشار قرار دادن سیال چاه استفاده می کند. اجزای اصلی این نوع سیستم فرازآوری مصنوعی عبارتند از پمپ تزریق فشار قوی سطحی و خط لوله، لوله تزریق، مونتاژ سوراخ و پمپ جابجایی مثبت یا جت. چاه فرازآوری هیدرولیک دارای سر چاه خود به منیفولد سیال قدرت است.
پمپ شناور الکتریکی
پمپ های شناور الکتریکی (ESP) نیز برای بیرون راندن سیال تولیدی از چاه استفاده می شود. آنها را می توان برای کاربردهای مختلفی مانند دمای بالا، غیر متعارف، معمولی، الزامات دریایی و غیره برای به حداکثر رساندن تولید استفاده کرد. یک ESP در زیر سیالات مخزن در پایین رشته لوله نصب می شود و به یک موتور الکتریکی طولانی متصل می شود. پمپ برقی با پره های خود، سیالات داخل چاه را به حرکت در می آورد. ESP ها می توانند حجم زیادی از سیال را جابجا کنند. یک جعبه کنترل نصب شده است که احساس می کند پمپ نیاز به افزایش یا کاهش حجم سیال مورد نیاز دارد. یک پمپ شناور الکتریکی معمولی می تواند تقریباً بیست هزار بشکه سیال در روز تولید کند.
اجزای اصلی یک سیستم پمپ شناور الکتریکی عبارتند از کابل برق، موتور شناور الکتریکی، محافظ موتور، کابل برق آب بندی، جداکننده گاز، کنترل کننده موتور و پمپ گریز از مرکز.
از مزایای عمده ESP می توان به حجم و عمق زیاد، راندمان بالا، نگهداری کم، نیازهای جزئی به تجهیزات سطحی و غیره اشاره کرد. محدودیت های آن نیاز به برق، مشکل تعمیر در میدان، هزینه کشش بیشتر و غیره است.
انتخاب سیستم فرازآوری مصنوعی
انتخاب روش فرازآوری مصنوعی به پارامترهای مختلفی بستگی دارد:
اقتصاد
تجهیزات و خدمات در دسترس در آن موقعیت جغرافیایی
- نرخ تولید مطلوب
- عمق چاه نفت
- انعطاف پذیری تولید
- سهولت عملیات
- محدودیت های سطحی
- ویژگی های سیال
- فشار مخزن
- خب پروفایل
- قابلیت اطمینان و غیره
در اغلب موارد، روش فرازآوری مصنوعی که در حال حاضر با موفقیت در زمینه های مشابه ارائه می شود، انتخاب می شود. هنگامی که بیش از یک روش در دسترس باشد، هزینه به معیار تعیین کننده تبدیل می شود.