في مجال استخراج النفط، تُعد طرق الرفع اليدوي أساسية. ومن بينها، تُعد مضخات القضبان وسيلة شائعة وفعالة لضخ النفط. ستناقش هذه المقالة بالتفصيل مبدأها وتحليل أدائها وكيفية اختيار جهاز الضخ المناسب.ضخ مضخة القضيبنظام.
1. مقدمة إلىضخ مضخة القضيب:
ضخ مضخة القضيبتُوفر هذه الطريقة، المعروفة أيضًا باسم "الضخ الشعاعي"، طاقة ميكانيكية لرفع النفط الخام من قاع الخزان إلى الأرض. تتميز هذه الطريقة بالكفاءة العالية والبساطة وسهولة التشغيل من قِبل العاملين في الموقع. ويمكنها ضخ آبار النفط إلى ضغوط منخفضة للغاية، مما يُعزز إنتاج النفط الخام إلى أقصى حد. كما أنها مناسبة للآبار الصغيرة، وعمليات الإكمال متعددة الطبقات، واستخراج النفط الخام عالي الحرارة واللزوجة. وفي الوقت نفسه، يُمكن أيضًا نقل النظام إلى آبار أخرى بتكلفة أقل.
ومع ذلك، فإن لضخ الحزم بعض العيوب. على سبيل المثال، يُولّد احتكاك مفرط عند الانحناء أو الدمج المائل، كما أنه حساس للمواد الصلبة، وأقل كفاءة عند دمج النفط المحتوي على الغاز، كما أن قدرة قضيب السحب الجاف على الحمل محدودة، وعمق التعدين محدود، والمعدات كبيرة نسبيًا في العمليات البحرية. ومع ذلك، هناك أيضًا بعض اتجاهات التطوير في ضخ الحزم، بما في ذلك تحسين أجهزة التحكم في الإخلاء، وتحسين تقنيات فصل الغاز، ومضخات لمعالجة الغاز، واستخدام مخططات أرضية وقاعية متوازية للتحسين.
2. تركيب نظام الضخ:
الضخ مضخة القضيبيتكون النظام من جهاز ضخ نفط أرضي ومضخة ذات غطاس مغمورة في سائل الإنتاج في البئر. يمكن أن يكون مصدر الطاقة محركًا كهربائيًا أو محرك احتراق داخلي. تتمثل الطريقة الحديثة في تجهيز كل بئر بمحرك كهربائي منفصل. ومن بين هذه المحركات، تُعد المحركات الكهربائية أكثر شيوعًا لسهولة التحكم فيها تلقائيًا.
تنتقل الطاقة إلى عمود الإدخال لمخفض التروس عبر محرك سير V، بينما يُشغّل عمود الإخراج ذراع الكرنك بسرعة منخفضة (حوالي 4-40 دورة في الدقيقة، حسب خصائص بئر الزيت وطبيعة السائل). تتحول الحركة الدورانية لذراع الكرنك إلى حركة ترددية عبر قضيب التوصيل وشعاع الحركة. يضمن رأس الحمار وجهاز كابل التعليق أن يكون الشد الصاعد لعمود قضيب الشفط عموديًا دائمًا، مما يُجنّب التآكل غير الضروري للسدادة.
3.مبدأ العمل التفصيلي:
3.1 عملية عمل مضخة الغطاس:
مضخة الكباس هي أحد المكونات الأساسية للنظام بأكمله. مبدأ عملها هو كما يلي: عند دوران ذراع الكرنك، تتحول الحركة الدورانية إلى حركة ترددية خطية عبر قضيب التوصيل وشعاع الحركة. يتحرك عمود قضيب الشفط لأعلى ولأسفل مع هذه الحركة الترددية، مما يدفع مكبس مضخة الكباس في قاع البئر للتحرك لأعلى ولأسفل. أثناء عملية رفع المكبس لأعلى، يُسحب السائل الجوفي إلى حجرة مضخة الكباس، وعندما يكون المكبس في اتجاه مجرى النهر، يُضغط السائل ويُصرف عبر صمام لا رجعي إلى نظام الأنابيب الأرضية. تتيح هذه الحركة الترددية سحب السائل باستمرار من قاع البئر ليصل أخيرًا إلى منشأة التخزين الأرضية.
3.2 آلية نقل الطاقة:
آلية نقل الطاقة هي المفتاح لضمان التشغيل المستقر للنظام بأكمله. في الظروف العادية، تنتقل الطاقة التي يوفرها المحرك الكهربائي أو محرك الاحتراق الداخلي إلى مخفض التروس من خلال محرك الحزام V. يتمثل دور مخفض التروس في تقليل السرعة وزيادة عزم الدوران، بحيث يمكن لذراع الكرنك العمل بسلاسة بسرعة أقل. تنتقل الحركة الدورانية لذراع الكرنك إلى عمود قضيب الضخ من خلال قضيب التوصيل وشعاع السفر، مما يدفع بدوره مضخة الغطاس الموجودة في قاع البئر إلى العمل. في هذه العملية، يكون التنسيق والتعاون بين كل مكون أمرًا ضروريًا، وقد تؤدي المشاكل في أي رابط إلى فشل النظام بأكمله.
4. اعتبارات الأداء والتطبيق:
في التطبيقات العملية، كفاءةضخ مضخة القضيبيتأثر النظام بعوامل متعددة. يُعدّ عمق البئر وزاوية ميلها من أهمّ المعوقات، إذ يزيدان من مقاومة الاحتكاك والإجهاد لقضيب السحب، خاصةً في الآبار ذات المنحدرات الكبيرة. وتبرز هذه المشكلة بشكل أكبر. كما تؤثر خصائص الموائع، مثل لزوجة النفط الخام ومحتوى الغاز ومحتوى الجسيمات الصلبة، بشكل كبير على كفاءة المضخة. على سبيل المثال، تكون آبار النفط ذات المحتوى الغازي العالي عرضة للانسدادات الهوائية، مما يقلل من الإزاحة الفعالة. إضافةً إلى ذلك، تُعد حالة الصيانة اليومية للمعدات بالغة الأهمية لضمان التشغيل المستقر طويل الأمد للنظام والحفاظ على كفاءته العالية. من الناحية الاقتصادية، يتطلب اختيار هذا النظام توازنًا بين الاستثمار الأولي في المعدات وتكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل. على الرغم من أن الاستثمار الأولي في نظام الدفع الآلي قد يكون أعلى قليلاً، إلا أن درجة أتمتته العالية وانخفاض تكاليف تشغيله غالبًا ما تجعله أكثر تنافسية في العمليات طويلة الأجل. كما تُعدّ إمكانية تحسين العائد والقدرة على التكيف مع ظروف المكمن المحددة من الاعتبارات المهمة عند الاختيار.
5. نقاط الاختيار واتجاه التطوير:
يُعد اختيار وحدة الضخ المناسبة لبئر نفط مُحددة عملية هندسية. يجب أولاً فهم الظروف الجيولوجية لبئر النفط فهماً كاملاً، بما في ذلك العوامل الأساسية مثل عمق البئر وقطرها ونفاذية الخزان. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة خصائص سائل التعدين، مثل لزوجة النفط الخام ومحتوى الغاز والرطوبة والرمل، واختيار المواد ذات مقاومة التآكل والاهتراء المناسبة، وتصميم المعدات الإنشائية وفقاً لذلك. كما تُحدد بيئة التشغيل (مثل البر والبحر والمناطق النائية) متطلبات محددة لحجم المعدات ووزنها ومقاومتها للرياح والأمواج. كما يُعد اختيار موردين موثوقين وتوفير دعم فني متكامل وخدمة ما بعد البيع أمراً بالغ الأهمية.