في عمليات استخراج النفط، تعد معدات استرداد النفط من مضخات الآبار العميقة هي المعدات الأساسية لفتح قناة توصيل النفط الخام تحت الأرض إلى الأرض، والنوع الشعاعيمضخة قضيب الشفط-مضخة قضيب الشفطبفضل موثوقيته الممتازة وقدرته العالية على التكيف مع الظروف البيئية، يحتل هذا الجهاز مكانة مهمة في مختلف أنواع معدات استخلاص النفط، وأصبح من أكثر الأنواع استخدامًا. في نظام تشغيل هذا الجهاز، يتم تجميع وحدة الضخ، وقضيب الضخ، و...مضخة قضيب الشفطتلعب هذه المعدات الثلاث دورًا محوريًا. تتعاون هذه المعدات الثلاث بشكل وثيق لتشكيل نظام تعاوني "ثلاثي معدات الضخ"، يشارك في جميع مراحل استخراج النفط الخام من باطن الأرض وحتى نقله برًا. ويمكن القول إن مستوى أداء هذه المعدات الثلاث وكفاءة تعاونها يرتبطان ارتباطًا مباشرًا بالإنتاج النهائي لبئر النفط، كما يلعبان دورًا حاسمًا في ضبط التكلفة الاقتصادية لعملية التعدين.
المضخة قضيب الشفطمضخة الآبار العميقة (المعروفة أيضًا باسم مضخة الآبار العميقة) هي مُشغِّل قاع البئر لمعدات الضخ الثلاث. تقع على عمق مُحدد أسفل مستوى السائل الديناميكي في عمود البئر (عادةً ما يكون على بُعد 50-100 متر أسفل مستوى السائل الديناميكي). تعتمد على الطاقة التي ينقلها قضيب السحب لاستخراج النفط الخام. وهي مُكوِّن رئيسي يُحدد الإنتاج الفعلي لبئر النفط.
1. التصنيف:
تصنيفمضخة قضيب الشفطس تعتمد هذه المضخات على طريقة التركيب تحت الأرض كأساس أساسي، وتنقسم بشكل رئيسي إلى فئتين: المضخات الأنبوبية والمضخات القضيبية. تختلف المضخات اختلافًا كبيرًا في التركيب والإزاحة وظروف الاستخدام، ويتطلب اختيارها مراعاة ظروف بئر النفط.
١. مضخة أنبوبية: يتصل أسطوانة المضخة الأنبوبية بالأنابيب بخيط، ويدخل كاملها إلى البئر. هيكلها بسيط، وقطرها كبير (عادةً ما يتراوح بين ٥٦ و١١٤ مم)، وإزاحتها عالية (تصل إلى ٥٠-٢٠٠ لتر في الشوط الواحد)، وتكلفة تصنيعها وصيانتها منخفضة. ميزتها هي التكيف مع آبار النفط عالية الإنتاجية. في الوقت نفسه، بفضل انسيابية الجدار الداخلي لأسطوانة المضخة وعدم وجود أي عوائق في قناة التدفق، فهي مناسبة لآبار النفط ذات الرمال العالية والغاز المنخفض. ومع ذلك، تتطلب عملية فحص المضخة الأنبوبية إزالة جميع أنابيب النفط، ودورة تشغيلها طويلة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لظروف عمل آبار النفط الضحلة، مع استقرار الإنتاج وانخفاض معدل الأعطال.
2. مضخة القضيب: يتصل جسم مضخة القضيب بقضيب الشفط، وينزل قضيب الشفط إلى البئر، ويمكن إتمام عملية فحص المضخة دون الحاجة إلى تشغيل أنبوب مخرج الزيت (تستغرق دورة التشغيل 8-12 ساعة فقط)، وتتميز بكفاءة فحص عالية. ومع ذلك، فإن قطر المضخة صغير وإزاحتها منخفضة. وهي مناسبة للآبار العميقة أو فائقة العمق ذات الإنتاج المنخفض وعمق البئر الكبير، وكذلك آبار النفط ذات الشمع الشديد والفحوصات المتكررة للمضخة.
2. مبدأ العمل:
عملية عملمضخة قضيب الشفطيعتمد على مبدأ "الشفط بالضغط السلبي والتفريغ بالضغط الإيجابي"، ويتم استخراج النفط الخام باستمرار من خلال الحركة الترددية للمكبس. تتضمن دورة العمل الكاملة (ضربة واحدة) مرحلتي استنشاق وتفريغ.
1. مرحلة الشفط: عندما تدفع وحدة الضخ قضيب الضخ إلى الأعلى، يرتفع المكبس بشكل متزامن، ويزداد الحجم في أسطوانة المضخة، وينخفض الضغط، ويتشكل ضغط سلبي. في هذا الوقت، يفتح النفط الخام الموجود في قاع البئر صمام الشفط (الصمام الثابت) للمضخة تحت تأثير الضغط تحت الأرض، ويدخل أسطوانة المضخة، ويكمل استنشاق النفط الخام.
٢. مرحلة التفريغ: عندما يدفع قضيب الشفط المكبس للأسفل، يضغط المكبس على الزيت الخام في أسطوانة المضخة، مما يؤدي إلى زيادة الضغط فيها، فيُغلق صمام الشفط، ويُفتح صمام التفريغ (صمام السباحة)، ويدخل الزيت الخام إلى أنبوب الزيت عبر صمام التفريغ. يُنقل عمود الزيت الخام في أنبوب الزيت إلى أعلى نحو الأرض.
في حالة مثالية، الإزاحة النظرية لـمضخة قضيب الشفطيمكن حساب الإزاحة النظرية Q = π×(D/2) 2×S×n×60 (حيث D هو قطر المضخة، S هي الشوط، وn هي الشوط). ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، وتأثرًا بعوامل متعددة، يكون إنتاج السائل الفعلي لبئر النفط أقل بكثير من الإزاحة النظرية. تُعرف نسبة الاثنين بـ "كفاءة المضخة" (η = إنتاج السائل الفعلي / الإزاحة النظرية × 100%). كفاءة المضخة هي المؤشر الأساسي لقياس كفاءةمضخة قضيب الشفط، كما أنها تعتبر أيضًا معيار تقييم مهمًا لإدارة إنتاج حقول النفط.
Ⅲ. العوامل المؤثرة على كفاءة المضخة:
كفاءة المضخةمضخة قضيب الشفطتتأثر كفاءة المضخة بعوامل عديدة، مثل الظروف الجيولوجية، وجودة المعدات، ومعايير التشغيل. لذا، يجب اتخاذ تدابير محددة لتحسين كفاءتها. من بين العوامل المؤثرة الشائعة:
1. العوامل الجيولوجية: هذا هو العامل الخارجي الأساسي الذي يؤثر على كفاءة المضخة. سيؤدي خروج الرمل من بئر النفط إلى تآكل أسطوانة المضخة والمكبس، مما يتسبب في تسرب المضخة؛ سيؤدي تأثير الغاز إلى "قفل الهواء" للنفط الخام في أسطوانة المضخة، مما يقلل من حجم الضخ الفعال؛ سوف يسد شمع بئر النفط صمام المضخة وقناة التدفق، مما يزيد من مقاومة الضخ؛ ستقلل اللزوجة العالية للنفط الخام من سيولة النفط الخام وتزيد من صعوبة الضخ؛ سيؤدي الماء والغاز المسببان للتآكل في النفط الخام إلى تآكل مكونات جسم المضخة وتقصير عمر الخدمة.
2. جودة تصنيع المعدات وتركيبها: الفجوة بين أسطوانة المضخة والمكبس كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى تسرب النفط الخام؛ التآكل أو التشوه في سطح ختم صمام المضخة سيؤثر على الختم؛ إمالة جسم المضخة أثناء التثبيت سيزيد من الاحتكاك بين المكبس وأسطوانة المضخة، مما يقلل من كفاءة المضخة.
3. اختيار معلمات العمل: الشوط صغير جدًا، مما يؤدي إلى حجم ضخ واحد غير كافٍ؛ الشوط مرتفع جدًا، مما يتسبب في أن يكون النفط الخام "متأخرًا جدًا للاستنشاق" في أسطوانة المضخة، مما يشكل "مضخة هواء"؛ عمق تعليق المضخة غير مناسب (سطحي جدًا سيؤدي إلى عدم نزول المضخة إلى ما دون مستوى السائل المتحرك، والعمق الكبير سيزيد من الحمل على قضيب الشفط) سيؤثر أيضًا على كفاءة المضخة.
المواد المرجعية:
[1] "صناعة الغاز الطبيعي" المجلد 43، العدد 5، 2023 "تطبيق وتحسين مضخات القضبان في آبار النفط الصخري العميقة"
[2] "هندسة ميكانيكا البترول 2022، المجلد 3، العدد 2، "مبدأ العمل وتحليل محاكاة مجال التدفق لـسمضخة قضيب أوكردددددد.
[3] "هندسة تطوير حقول النفط والغاز" المجلد 8، العدد 3، 2023 "البحث في العوامل المؤثرة وتدابير التحسينسمضخة قضيب أوكركفاءة
[4] "كيمياء حقول النفط" 2022، المجلد 39، العدد 2، "آلية تأثير العوامل الجيولوجية لآبار النفط على كفاءةسمضخة قضيب أوكردددددد
[5] "هندسة البترول والإنشاءات" المجلد 49، العدد 1، 2023 "ممارسة تحسين معاملات عمل المضخة وتحسين كفاءتها"