ระบบยกของไหลจากหลุมผลิตใต้ดิน
ระบบปั๊มจุ่มไฟฟ้า หรือ ESP (Electric Submersible Pump) เป็นระบบระบบสูบ (Artificial Lift) ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งติดตั้งอยู่ใต้ดินภายในหลุมผลิต เพื่อช่วยยกของเหลว เช่น น้ำมัน น้ำ หรือของเหลวผสม ขึ้นสู่ผิวดิน
ระบบ ESP เป็นระบบสูบยกขึ้น แบบปริมาณการผลิต ที่ติดตั้งอยู่ใต้หลุมผลิต เพื่อช่วยยกของไหลจากแหล่งกักเก็บขึ้นสู่ผิวดิน โดยมีความสำคัญอย่างมากสำหรับหลุมน้ำมันที่มีแรงดันลดลงตามอายุการผลิต
ระบบนี้ใช้ปั๊มหอยโข่งหลายขั้น ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบจุ่มใต้ดิน ซึ่งสามารถรองรับอัตราการผลิตได้กว้างที่สุดในบรรดาวิธีสูบทั้งหมด โดยอาจมากกว่า 100,000 บาร์เรลต่อวัน (bbl/d)
การสูบหรือยกขึ้นโดยใช้ปั๊มจุ่มไฟฟ้า ดั่งแสดงในรูปข้างล่างนี้
ส่วนประกอบหลักของระบบ ESP
ระบบ ESP ประกอบด้วยอุปกรณ์ใต้หลุมและอุปกรณ์บนผิวดินที่ทำงานร่วมกันเพื่อยกของเหลวขึ้นสู่ผิวดิน
1. ปั๊มหอยโข่งหลายขั้น
ติดตั้งอยู่ใต้หลุม โดยใช้
- ใบพัดหมุน
- ตัวกระจายการไหล
เพื่อเพิ่มพลังงานจลน์และเพิ่มแรงดันให้กับของเหลว
2. มอเตอร์ไฟฟ้าแบบจุ่ม
- เป็นมอเตอร์แรงดันสูงแบบซีลปิด
- ใช้น้ำมันภายในเพื่อเป็นฉนวนและหล่อลื่น
- ทำหน้าที่ขับปั๊ม
3. ชุดซีลหรือโปรเทคเตอร์
ติดตั้งระหว่างมอเตอร์และปั๊ม มีหน้าที่
- ป้องกันของเหลวจากหลุมเข้าสู่มอเตอร์
- ชดเชยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรน้ำมันภายใน
- รองรับแรงตามแนวแกน
4. ชุดทางเข้า / ตัวแยกก๊าซ
- รับของเหลวเข้าสู่ปั๊ม
- แยกก๊าซอิสระออกเพื่อลดปัญหาการเกิดแก๊สล็อค
5. สายไฟฟ้า
- สายไฟหุ้มเกราะและฉนวน
- ส่งพลังงานไฟฟ้าจากผิวดินไปยังมอเตอร์ใต้หลุม
6. ระบบควบคุมบนผิวดิน
ประกอบด้วย
- Variable Speed Drive (VSD)
- Variable Frequency Drive (VFD)
- ระบบควบคุมอื่นๆ
ใช้ควบคุมและปรับความเร็วของปั๊มให้เหมาะสมกับการผลิต
การทำงานของระบบ ESP
1. การติดตั้ง
ระบบจะติดตั้งที่ปลายท่อผลิต และจุ่มอยู่ในของเหลวภายในหลุม
2. การจ่ายพลังงาน
ไฟฟ้าแรงดันสูงจะถูกส่งจากผิวดิน ผ่านสายไฟ ลงไปยังมอเตอร์
3. การสูบหรือยกของเหลว
- มอเตอร์จะหมุนปั๊มหอยโข่ง
- ปั๊มดูดของเหลวผ่านทางเข้า
- เพิ่มแรงดันผ่านหลายขั้นของปั๊ม
- ดันของเหลวขึ้นสู่ผิวดิน
4. การควบคุม
VSD/VFD ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับความเร็วของมอเตอร์ให้เหมาะสมกับกำลังการผลิตของหลุม
ข้อดีและการใช้งาน
1. รองรับอัตราการไหลสูง
เหมาะสำหรับหลุมที่ต้องการการผลิตปริมาณมาก
2. ความยืดหยุ่นสูง
สามารถใช้งานได้กับสภาพหลุมหลากหลาย เช่น
- หลุมที่มีน้ำปนสูง
- น้ำมัน API ต่ำ
- อัตราส่วนก๊าซต่อน้ำมัน (GOR) สูง
3. เหมาะกับงานนอกชายฝั่ง
มีขนาดกะทัดรัด จึงเหมาะสำหรับ
- แท่นผลิตกลางทะเล
- พื้นที่ติดตั้งจำกัด
4. เหมาะกับหลุมลึก
สามารถทำงานได้ที่ความลึกมากกว่า 3,700 เมตร
ข้อจำกัดของระบบ ESP
1. ปัญหาทรายและของแข็ง ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อปั๊ม
- ทราย
- ของแข็งที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
2. ปัญหาการจัดการก๊าซ
ก๊าซอิสระในปริมาณสูงอาจทำให้เกิด Gas Lock
3. ค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุง
หากอุปกรณ์เสีย จำเป็นต้องใช้ Workover Rig เพื่อดึงอุปกรณ์ขึ้นจากหลุม
ความสำคัญของ ESP
ESP เป็นหนึ่งในระบบสูบที่สำคัญที่สุดสำหรับ
- หลุมผลิตปริมาณสูง
- หลุมลึก
- หลุมเบี่ยงเบน ทะแยง
- งานผลิตน้ำมันนอกชายฝั่ง
โดยช่วยเร่งการผลิตและเพิ่มอัตราการกู้คืนปิโตรเลียมจากแหล่งกักเก็บ
ESP เป็นระบบสูบที่สำคัญมากสำหรับยกของเหลวจากแหล่งกักเก็บลึกขึ้นสู่ผิวดิน โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าและปั๊มหอยโข่งหลายขั้นที่ติดตั้งอยู่ใต้หลุมผลิตเช่น
- ตู้ควบคุมบนผิวดิน
- หม้อแปลงไฟฟ้า
- สายไฟ
- ชุดป้องกันมอเตอร์
- ท่อดูด
- เครื่องแยกแก๊ส
- ชุดปั๊ม
- ท่อผลิต
- เสื้อนอก หรือปลอก
- ท่อตะแกรง
ทุกส่วนล้วนมีบทบาทสำคัญต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพของการผลิต
ลำดับการทำงานหลัก
- ของเหลวจากชั้นผลิตเข้าสู่หลุมผ่านท่อตะแกรง
- ท่อดูดของเหลวเข้าสู่ระบบ
- เครื่องแยกก๊าซอิสระ
- ปั๊มเพิ่มแรงดันของของเหลว
- ท่อลำเลียงของเหลวขึ้นสู่ผิวดิน
- สายไฟ จ่ายพลังงานให้มอเตอร์ใต้หลุม
อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ประสิทธิภาพของ ESP ขึ้นอยู่กับ
- การออกแบบที่เหมาะสม
- ระบบจ่ายไฟที่มีเสถียรภาพ
- การจัดการก๊าซ
- การป้องกันมอเตอร์
- การเฝ้าติดตามระบบอย่างต่อเนื่อง
เพื่อให้การผลิตมีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสูงสุด
