أكثر أجهزة استخلاص النفط استخدامًا في الآبار العميقة هي مضخة الزيت الشعاعية، والتي تتكون من وحدة ضخ، والجزء الأرضي من جهاز رأس البئر، والجزء الأرضي الذي يشمل قضيب الضخ، ومضخة الزيت، وأنبوب الزيت. ومن أهم مكونات هذا النوع من أجهزة ضخ النفط، المعروف باسم "معدات الضخ الثلاثية"، وحدة الضخ، وقضيب الضخ، ومضخة الزيت.
1. وحدة الضخ:
وحدة ضخ النفط هي جهاز نقل ميكانيكي أرضي لضخ آبار النفط. تُستخدم مع قضيب ضخ النفط ومضخة النفط لضخ النفط الخام الجوفي إلى الأرض. ونظرًا لاختلاف هيكلها ومبدأ عملها، يمكن تقسيمها إلى وحدة ضخ بدون شعاع ووحدة ضخ بدون شعاع. ووفقًا لاختلاف هيكل وحدة ضخ الشعاع، تُصنف عادةً إلى نوعين: عادي وأمامي. يقع الحامل العادي بين رأس الحمار وآلية قضيب توصيل الكرنك، بينما يقع قضيب توصيل الكرنك الأمامي بين رأس الحمار وآلية قضيب توصيل الكرنك.
مبدأ عمل وحدة ضخ الزيت هو أن المحرك ينقل حركته الدورانية عالية السرعة إلى عمود الإخراج لعلبة التروس، وبعد المرور عبر العمود الوسيط، فإنه يقود عمود الإخراج، ويقود عمود الإخراج الكرنك لحركة دورانية منخفضة السرعة. في الوقت نفسه، يتم سحب الكرنك بواسطة الذراع الخلفي للحزمة من خلال قضيب التوصيل لتأرجح الذراع الخلفي للحزمة. تم تجهيز الطرف الأمامي للحزمة برأس حمار، ويتم تعليق الأحمال مثل عمود السائل فوق المكبس وعمود قضيب الشفط جميعها على رأس الحمار من خلال حامل حبل. نظرًا لأن رأس الحمار يتأرجح لأعلى ولأسفل مع شعاع السفر، فإن رأس حمار شعاع السفر يدفع المكبس للتردد لأعلى ولأسفل، عموديًا، ويسحب الزيت من البئر.
2. مضخة الزيت:
مضخة الضخ، المعروفة أيضًا باسم مضخة الآبار العميقة، هي معدة خاصة لإنتاج النفط ميكانيكيًا مزودة بقضيب. تُوضع المضخة على عمق معين أسفل مستوى السائل المتحرك في عمود البئر، وتعتمد على قضيب الضخ لنقل طاقة آلة الضخ لضخ النفط الخام من الأرض. ونظرًا لاختلاف طرق تركيبها في البئر، يمكن تقسيمها إلى نوعين: مضخات أنبوبية ومضخات قضيبية. تُستخدم المضخات الأنبوبية في العديد من التطبيقات في الموقع. تتميز المضخات الأنبوبية بقطر كبير، وإزاحة كبيرة، وبنية بسيطة، وسعر منخفض. وهي مناسبة للآبار ذات الإنتاج العالي، وآبار النفط الضحلة، والآبار ذات الرمال الكبيرة، وحجم الغاز الصغير؛ بينما تتميز المضخات القضيبية بقطر صغير، وإزاحة منخفضة، وسهولة فحص المضخة. وهي مناسبة للآبار العميقة ذات الإنتاج المنخفض.
مبدأ عمل مضخة الزيت هو أن وحدة الضخ الأرضية تدفع مكبس المضخة صعودًا وهبوطًا عبر قضيب الضخ، دافعةً الزيت باستمرار إلى الأرض. تُسمى الحركة الواحدة للمضخة صعودًا وهبوطًا "شوطًا"، وحجم التفريغ في الشوط يساوي نظريًا الحجم الناتج عن الحركة الصاعدة لمكبس المضخة. في الواقع، يتأثر إنتاج آبار ضخ النفط بعوامل مختلفة. كمية السائل المنتجة من بئر النفط لا تساوي الإزاحة النظرية. تُسمى نسبة السائل الفعلي المنتج من بئر النفط إلى الإزاحة النظرية للمضخة "كفاءة المضخة". تُعد كفاءة وحدة الضخ مؤشرًا إداريًا مهمًا.
هناك ثلاثة عوامل تؤثر على كفاءة المضخة:
(1) العوامل الجيولوجية، مثل إنتاج رمال آبار النفط، وتأثير الغاز، وشمع آبار النفط، واللزوجة العالية للنفط الخام، والمياه والغاز المسببة للتآكل الموجودة في النفط الخام.
(2) جودة تصنيع وتركيب المضخة.
(3) اختيار معلمات عمل المضخة.
3. قضيب المصاصة:
يُعدّ قضيب ضخ الزيت جزءًا هامًا من جهاز ضخ الزيت في المضخة القضيبية. تنتقل طاقة آلة ضخ الزيت إلى المضخة عبر عمود قضيب الضخ، مما يُؤدي إلى حركة ترددية لمكبس المضخة. يتكون الجسم الرئيسي لقضيب الضخ من قضيب صلب ذي مقطع عرضي دائري. يُستخدم حاليًا قضيب ضخ الزيت من الفولاذ الكربوني وقضيب ضخ الزيت من الفولاذ السبائكي.
في عملية إنتاج النفط، عادةً ما نستخدم هذه الأنواع الثلاثة من المعدات لإتمام عملية إنتاج النفط بالكامل. يُعد كل نوع من هذه المعدات جهازًا لا غنى عنه.