في حقول النفط، غالبًا ما يرى الناس صفوفًا من الأجهزة الميكانيكية تصعد وتهبط بإيقاع منتظم، كما لو كانت تسجد. يُعرف هذا عادةً باسم "آلة السجود"، وهو الاسم العلمي.مضخة شعاعية. وهي أحد أهم أنواع وحدات الضخ المستخدمة حالياً في حقول النفط وتلعب دوراً هاماً جداً في مجال استخراج النفط.
جدول المحتويات:
تكوينمضخة شعاعية
مبدأ العمل
تصنيف
المكانة والدور في استخراج النفط
المواد المرجعية
1. تكوينمضخة شعاعية:
مضخة شعاعيةتتكون بشكل أساسي من أربعة أجزاء: رأس الحمار - حزمة السفر - قضيب التوصيل - آلية الكرنك، علبة التروس، معدات الطاقة والمعدات المساعدة.
رأس الحمار - عارضة الحركة - آلية ذراع التوصيل - الكرنك: رأس الحمار هو جزء من وحدة الضخ متصل مباشرةً بقضيب الضوء في رأس البئر. يتميز بشكله الفريد، وهو مسؤول عن تحريك قضيب الضوء للأعلى والأسفل أثناء العمل. يشبه ذراع الحركة رافعة ضخمة، أحد طرفيه متصل برأس الحمار، والطرف الآخر متصل بالكرنك عبر قضيب توصيل. يدور الكرنك بفعل الطاقة، وتتحول حركة الدوران إلى تأرجح العارضة لأعلى ولأسفل عبر قضيب التوصيل، مما يدفع رأس الحمار للعمل. تُعد هذه الآلية الجزء المتحرك الرئيسي في وحدة الضخ لرفع النفط الخام الجوفي إلى الأرض.
علبة التروس: عادةً ما يكون ناتج معدات الطاقة دورانًا عالي السرعة، بينما يتطلب عمل مضخة الزيت حركة منخفضة السرعة وعزم دوران عالي. يتمثل دور المخفض في تحويل دوران وحدة الطاقة عالي السرعة إلى دوران منخفض السرعة لذراع وحدة الضخ. من خلال ناقل الحركة، يتم تقليل السرعة وزيادة عزم الدوران لتلبية احتياجات وحدة الضخ.
معدات الطاقة: تُستخدم المحركات الكهربائية عمومًا كمصدر للطاقة لتوفير طاقة مستمرة ومستقرة لتشغيل وحدة الضخ. يُحوّل المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ويُشغّل علبة التروس ونظام وحدة الضخ بأكمله.
المعدات المساعدة: بما في ذلك الأقواس والقواعد المختلفة، والتي تستخدم لدعم وتثبيت المكونات المختلفة لوحدة الضخ لجعلها مستقرة أثناء العمل؛ وهناك أيضًا أجهزة فرامل للحفاظ على وظيفة الضخ في أي وضع لسهولة الصيانة والإصلاح؛ وأجهزة الموازنة لتمكين وظيفة الطاقة من العمل ضمن نطاق أصغر من تغييرات الحمل، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتآكل المعدات.
2. مبدأ العمل:
عند العمل يتم تحويل دوران المحرك إلى حركة رأس الحمار لأعلى ولأسفل من خلال علبة التروس وآلية قضيب التوصيل بالكرنك.
العملية المحددة هي: يتم نقل ناتج الحركة الدورانية عالية السرعة من المحرك أولاً إلى علبة التروس، وبعد إبطاء الترس وتضخيم عزم الدوران في علبة التروس، يتم نقله إلى المرفق. يتحرك المرفق في حركة دائرية، ويتم تحويل الحركة الدائرية للمرفق إلى تأرجح علوي وسفلي للشعاع من خلال قضيب التوصيل. يدفع تأرجح الشعاع رأس الحمار للتحرك لأسفل، ثم يتم دفع رأس الحمار لأعلى ولأسفل بواسطة قضيب الضوء وقضيب ضخ الزيت. يتحرك مكبس مضخة الزيت تحت الأرض لأعلى ولأسفل. عندما يرتفع المكبس، ينخفض الضغط في المضخة، ويدخل النفط الخام في قاع البئر إلى المضخة من خلال صمام الشفط للمضخة تحت تأثير فرق الضغط؛ عندما ينخفض المكبس، يرتفع الضغط في المضخة، ويتم عصر النفط الخام من جسم المضخة ويدخل الأنابيب من خلال صمام التفريغ، وبالتالي يتم استخراج النفط الخام باستمرار من البئر من البئر.
إذا أخذنا بئر إنتاج النفط كمثال،مضخة شعاعيةيستخدم هذا البئر لاستخراج النفط الخام من أعماق الأرض بشكل مستمر وفقًا لمبدأ العمل هذا كل يوم، مما يساهم في إنتاج النفط الخام في الحقل النفطي.
3. التصنيف:
(1) التصنيف بالطريقة المتوازنة:
نوع موازنة العارضة: يُركّب ثقل موازنة في ذيل العارضة، ويتم تحقيق توازن وحدة الضخ عن طريق ضبط موضع ووزن الثقل. هيكل هذه الطريقة بسيط نسبيًا، لكن تأثيرها محدود. وهي مناسبة لبعض وحدات ضخ النفط الصغيرة أو في الحالات التي لا تتطلب توازنًا كبيرًا.
موازنة الكرنك: يُثبَّت ثقل موازن على الكرنك، وتُستخدَم قوة الطرد المركزي الناتجة عن ثقل الموازنة عند دوران الكرنك لموازنة حمل وحدة الضخ أثناء عملها. تُناسب هذه الطريقة الموازنة ظروف العمل المختلفة بشكل أفضل، ولها تأثير موازنة أفضل، وهي شائعة الاستخدام.
نوع التوازن المركب: من خلال الجمع بين خصائص توازن العارضة وتوازن العمود المرفقي، يتم تثبيت أوزان التوازن على كل من العارضة والعمود المرفقي لتحسين تأثير التوازن بشكل أكبر، مما يمكن أن يلبي احتياجات التوازن لبعض وحدات الضخ الكبيرة أو ظروف العمل المعقدة.
نظام التوازن الهوائي: يُستخدم ضغط الغاز لتحقيق التوازن. من خلال تركيب خزان غاز وأجهزة أخرى على وحدة الضخ، يتم ضبط ضغط الغاز وفقًا لحالة تشغيل وحدة الضخ لتحقيق موازنة الحمل. تتميز هذه الطريقة في الموازنة بسرعة استجابتها وتكيفها بشكل أفضل مع تغيرات الحمل، إلا أن المعدات معقدة نسبيًا وتكلفتها أعلى.
(2) التصنيف حسب نوع البنية:
عاديمضخة شعاعية:يقع رأس الحمار وآلية قضيب التوصيل المرفقي في مقدمة ومؤخرة الحامل، وزاوية التوازن صفر. يتميز بهيكل بسيط، سهل التصنيع والصيانة، وهو أكثر أنواع مضخات الشعاع شيوعًا، ويُستخدم على نطاق واسع في مختلف عمليات تعدين آبار النفط.
مثبتة في الأماممضخة شعاعية:يقع رأس الحمار وآلية قضيب التوصيل المرفقي أمام الحامل. يُحرك هذا الهيكل مركز ثقل وحدة الضخ للأمام، مما يُحسّن من قوة وحدة الضخ إلى حد ما، وهو مناسب لبعض تصميمات آبار النفط ومتطلبات التعدين.
خارج الطورمضخة شعاعية:يقع رأس الحمار وآلية قضيب التوصيل المرفقي في مقدمة ومؤخرة الحامل، ولكن زاوية التوازن ليست صفرًا. بالمقارنة مع النوع التقليدي، تختلف خصائص حركته، ويمكن تحسين كفاءة وحدة الضخ وأدائها في ظل ظروف تشغيل معينة.
رأس حمار مزدوجمضخة شعاعية:يقع رأس الحمار وآلية ذراع التوصيل المرفقية لقضيب الإضاءة المعلق في مقدمة ومؤخرة الحامل. أثناء عملية التشغيل ذات الشوط الواحد، لا يكون طول الذراع الخلفي وطول ذراع التوصيل ثابتين. يُمكّن هذا التصميم الهيكلي وحدة الضخ من التكيف بشكل أفضل مع تغيرات الأحمال المختلفة، وتحسين كفاءة المضخة أثناء العمل، خاصةً في بعض آبار النفط الثقيل أو آبار التعدين العميقة.
٤. المكانة والدور في استخراج النفط:
مضخة شعاعيةينتمي هذا الجهاز إلى معدات إنتاج النفط ذات القضبان من حيث طريقة إنتاجه، ويحتل مكانة بالغة الأهمية في مجال استخراج النفط. حاليًا، على المستوى العالمي،مضخة شعاعيةتُشكّل نسبةً كبيرةً من معدات إنتاج النفط. فإذا أخذنا بلدي كمثال، يُشكّل استخدامها حوالي 90% من إجمالي آبار إنتاج النفط.
يعود انتشاره الواسع إلى مزاياه المتمثلة في بساطة هيكله وسهولة تصنيعه واستخدامه. حتى في بيئات حقول النفط المعقدة والقاسية، مثل درجات الحرارة والضغط العاليين والرمال والغبار، يُمكنه العمل على مدار الساعة لفترة طويلة، ويتمتع بموثوقية عالية للغاية. في حقل داتشينغ النفطي، تم استخراج العديد من آبار النفط لعقود.مضخة شعاعيةلقد كان العمل دائمًا مستقرًا، مما ساهم بشكل كبير في استمرار الإنتاج العالي والمستقر لحقل النفط.
لكن،مضخة شعاعيةليس مثاليًا. له بعض العيوب، مثل التسارع الكبير لحركة نقطة تعليق رأس الحمار، مما يُسبب تأثيرًا أكبر على قضيب الشفط ومضخة الزيت، مما يُقصر عمر خدمة المعدات؛ تأثير التوازن ضعيف نسبيًا، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة؛ كفاءته منخفضة، خاصةً أثناء الأشواط الطويلة، وحجمه كبير وثقيل، وصعوبة وتكلفة التركيب والصيانة. ومع ذلك، ومع مزاياه العديدة، لا يزال أكثر أنواع وحدات الضخ استخدامًا في استخراج النفط. مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، يتم تحسين وتحسين...مضخة شعاعيةوتواصل الشركة أيضًا تحسين أدائها وكفاءتها وتقديم خدمات أفضل لصناعة استخراج البترول.
المواد المرجعية:
بتروتشاينا "الرفع الاصطناعي لـ "دعوة للتفوق على النفط"
"مثال على التشغيل طويل الأمدمضخة شعاعيةفي حقل نفط داتشينغ