مثل جميع أنظمة الرفع الاصطناعي،مضخات قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) تُستخدم لاستعادة الإنتاج عندما تكون طاقة الدفع الطبيعية في المكمن غير كافية لاستخراج النفط والغاز. ويُطبّق المشغّلون الآن هذه التقنية المُجرّبة على الموارد غير التقليدية التي لم تُصبح مجدية اقتصاديًا وفنيًا إلا مؤخرًا.
نظرة عامة على نظام مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API):
يُدرك قطاع النفط والغاز اختلاف مكامن الصخر الزيتي، وأن معظم إنتاج آبار الصخر الزيتي يأتي من مراحل التشقق. في البداية، تُوفر ضغوط قاع البئر المرتفعة طاقة كافية لرفع النفط والغاز من المناطق المُحفَّزة إلى السطح. إلا أن معدلات تدفق السوائل وضغوطها تنخفض بمرور الوقت، مما يستلزم تركيب أنظمة رفع اصطناعية. وبغض النظر عن نوع النظام المُختار، فإن تركيب أنظمة الرفع الاصطناعي في حقول الصخر الزيتي الواقعة خارج المناطق التقليدية الحاملة للنفط يتطلب عادةً استثمارات كبيرة.
لتحسين العائد على الاستثمار، يستخدم المشغلون استراتيجيات مختلفة.
تستند هذه الاستراتيجيات إلى حقيقة ثابتة تُشير إلى انخفاض إنتاج آبار الصخر الزيتي خلال المراحل الأولى من الإنتاج. ولأن أنظمة الرفع الاصطناعي قادرة على تلبية متطلبات الإنتاج العالية الأولية لآبار الصخر الزيتي، يختار بعض المشغلين تطبيقها خلال مرحلة الإنتاج الأولية، واستبدالها بأنظمة أقل تكلفةً مع انخفاض الإنتاج.
ويختار مشغلون آخرون التخلي عن معدلات الإنتاج المرتفعة الأولية لصالح أنظمة تظل فعالة من حيث التكلفة حتى بعد انخفاض الإنتاج.مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)غالبًا ما يتم اختيار الأنظمة نظرًا لقدرتها على رفع السوائل بفعالية من أعماق أكبر للآبار، وتلبيتها لمجموعة واسعة من معدلات الإنتاج وظروف البئر. قد يقوم المشغلون بتثبيتمضخات قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)أثناء الإنتاج الأولي أو عندما ينخفض الإنتاج إلى النقطة التي تصبح فيها الأنظمة ذات المعدلات العالية أقل فعالية.
لماذا تختار نظام مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)؟
يختار المشغلون مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)أنظمة لأسباب عديدة. مضخات قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) لها تاريخ طويل في صناعة النفط والغاز، والمهندسون على دراية بالتكنولوجيا. وهي تعتبر عمومًا موثوقة وفعالة من حيث التكلفة وسهلة التركيب والصيانة. مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) هي أكثر أنظمة الرفع الاصطناعي شيوعًا، وتتكون من محرك رئيسي ووحدة ضخ سطحية وسلسلة قضيب شفط ومضخة قاع البئر. ينقل المحرك الرئيسي، الذي يعمل بمحرك احتراق داخلي أو محرك كهربائي، الطاقة إلى مخفض السرعة، والذي يقوم بعد ذلك بتشغيل وحدة الضخ السطحية. يتردد ذراع الكرنك على منصة الضخ السطحي في شعاع المشي، مما يدفع سلسلة قضيب الشفط المثبتة في الطرف الآخر من شعاع المشي لأعلى ولأسفل. تسمح حركة سلسلة القضيب هذه لصمام الكرة المتحرك وصمام الكرة الثابت في مضخة قاع البئر بالتقاط السائل أو إطلاقه في الأنابيب. في بعض تكوينات مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)، يكون صمام الكرة جزءًا من مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) - مجموعة متكاملة - مما يسمح لمجموعة استرداد القضيب بإبقاء الأنابيب ثابتة.
نظام ضخ شعاع متحرك. عندما يتحرك صمام الكرة المتحرك في نهاية سلسلة قضيب الشفط لأسفل في عمود السائل، تُدفع الكرة بعيدًا عن مقعد الصمام. عندما يصل صمام الحركة إلى أدنى نقطة له، تكون الشعاع المتحرك عند أدنى نقطة له. ثم يبدأ الشعاع المتحرك في التحرك لأعلى، ساحبًا قضيب الشفط لأعلى ومجبرًا الكرة الموجودة في صمام الحركة على العودة إلى مقعدها، ملتقطًا عمود السائل فوقه (أخضر). عندما يتم ضخ السائل إلى السطح، يتجاوز ضغط الخزان الضغط في حجرة المضخة، مما يجبر الكرة الموجودة في الصمام الثابت على الخروج من مقعدها. يتدفق سائل التكوين (الأسهم الخضراء) عبر الصمام الثابت أدناه، ويملأ حجرة المضخة. عندما يبدأ صمام الحركة في الهبوط، يجبر ضغط عمود السائل الكرة الموجودة في الصمام الثابت على العودة إلى مقعدها، مما يسمح للمضخة بالدوران ذهابًا وإيابًا.
في الآبار الرأسية، يقوم المشغلون بتثبيتمضخات قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)أسفل القسم المثقب لمعالجة تداخل الغاز. يُنشئ هذا فاصلًا طبيعيًا بين الغاز والسائل قائمًا على الجاذبية، مما يسمح للغاز الحر بالهجرة لأعلى من القسم المثقب، بينما يتدفق السائل الأكثر كثافة إلى حلقة أنابيب التغليف المحيطة بمضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API). مع ذلك، في الآبار الأفقية، نظرًا لتركيب مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) فوق القسم المثقب، قد يبدو السائل المتدفق إلى مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) رغويًا عندما يكون ضغط شفط مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) أقل من نقطة الفقاعة وتكون نسبة الغاز إلى السائل عالية.
في آبار الصخر الزيتي، يقوم المشغلون بتثبيت فاصل الغاز والسائل في الجزء السفلي منمضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)في قاع البئر لعزل المضخة عن السائل المُنتَج. يُوجِّه فاصل الغاز-السائل السائل إلى مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API) ويُفرِّغه. عندما يكون الضغط عند أعلى نقطة في الحلقة منخفضًا، ينفصل الغاز الحر عن السائل ويتجه لأعلى، بينما يتدفق السائل الذي يحتوي على الغاز لأسفل إلى منفذ الشفط في مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API).
فاصل غاز-سائل من نوع باكر. يُركّب فاصل غاز-سائل من نوع باكر مباشرةً على الأنبوب فوق الباكر، مما يُجبر جميع سوائل التكوين على التدفق عبر الفاصل قبل دخوله.مضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)المدخل. ينتقل سائل التكوين (الأسهم السوداء) داخل الأنبوب، ويمر عبر وصلة الفاصل المثقوبة، ويدخل الحلقة بين الأنبوب الداخلي والخارجي. ومن هناك، يتدفق عائدًا عبر فتحات في الأنبوب الخارجي إلى الحلقة بين الغلاف والأنبوب الخارجي فوق الحشو. يُنتج مسار التدفق هذا تدفقًا مضطربًا منخفض الضغط، مما يسمح للغاز بالامتصاص من السائل. يخرج الغاز الحر الممتص من مدخل مضخة قاع البئر وينتقل لأعلى على طول حلقة الأنبوب والغلاف.
في كثير من الحالات، وخاصة في وجود السوائل الرغوية، لا يتمكن فاصل الغاز والسائل من إزالة تأثيرات تداخل الغاز، مما يؤدي إلى بقاء جزء من الغاز فيمضخة قضيب واجهة برمجة التطبيقات (API)خلال كل دورة. يمكن تحديد هذه الحالة بسهولة باستخدام مخطط ديناميكي يوضح العلاقة بين قوة قضيب المضخة والإزاحة.
بعد أكثر من عقد من الحفر والإنتاج السريع، لا تزال معظم تكوينات الصخر الزيتي تتطلب من المشغلين وشركات الخدمات فهم خصائصها الطبيعية. ويواصل مهندسو الحفر والإكمال التركيز على تحسين هندسة الآبار، ومسافات الآبار، وتصميم الكسور. ومع ذلك، في المراحل الأولى من استكشاف موارد الصخر الزيتي وتطويرها، لم يحظَ وضع أساليب لتحسين إنتاج تكوينات الصخر الزيتي إلا باهتمام ضئيل نسبيًا.
مع تطور بيئة تطوير الصخر الزيتي، تتغير أولويات المُشغّلين أيضًا. أسعار النفط الحالية منخفضة للغاية، ومعظم أفضل فرص الصخر الزيتي مُطوّرة بالفعل. لذلك، لم يعد الاستثمار في حفر وتكسير آبار عديدة في حقول النفط والغاز لمواصلة الإنتاج من مكامن منخفضة النفاذية للغاية مُجديًا.
بدلاً من ذلك، قد يتمكن المشغّلون من زيادة عائد استثمارهم من خلال تحسين ممارسات إكمال الآبار والإنتاج. وقد أثبت هذا النهج فعاليته. يعتقد بعض الخبراء أن 95% من النفط الصخري الموجود لا يزال غير مستغل، ويمكن استخراج الكثير منه من الآبار المحفورة والمتشققة.