في مجال استخراج البترول، تُعد معدات استرداد النفط من مضخات الآبار العميقة المعدات الأساسية لنقل النفط الخام الجوفي إلى الأرض. ومن بينها، أصبحت مضخة النفط من النوع الشعاعي واحدة من أكثر الأنواع استخدامًا نظرًا لموثوقيتها العالية وقدرتها القوية على التكيف. يتكون الجهاز من جزء أرضي وجزء تحت الأرض: يحتوي الجزء الأرضي على وحدة ضخ وجهاز رأس البئر لضخ آبار النفط، بينما يتكون الجزء تحت الأرض من قضيب ضخ ومضخة ضخ وأنبوب زيت ومكونات أخرى. في المجموعة الكاملة من المعدات، تعد وحدة الضخ وقضيب الضخ ومضخة الزيت النوى الرئيسية لتحقيق استخراج النفط الخام. تعمل الثلاثة معًا لتشكيل نظام "ثلاثي معدات الضخ" لإكمال العملية بأكملها من استخراج النفط الخام تحت الأرض إلى النقل البري. يحدد أداؤها وكفاءتها التعاونية بشكل مباشر إنتاج واقتصاد التعدين لبئر النفط.
وحدة الضخ:
باعتبارها وحدة الطاقة الأرضية لـ "معدات الضخ الثلاثة"،وحدة ضخ النفطيؤدي هذا النظام وظيفةً مهمةً تتمثل في تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ترددية ميكانيكية، وتوفير الطاقة اللازمة لإنتاج النفط الجوفي. وهو محورٌ رئيسي يربط بين الطاقة الأرضية والعمليات الجوفية. ومن خلال التعاون الدقيق مع قضبان الشفط ومضخات النفط، يستخرج هذا النظام النفط الخام الجوفي باستمرار إلى باطن الأرض، ويُستخدم على نطاق واسع في أنواع مختلفة من آبار النفط، مثل الآبار الضحلة والمتوسطة والعميقة.
1. التصنيف:
هناك طرق تصنيف مختلفة لوحدات الضخ. يمكن تصنيف النواة وفقًا لخصائصها الهيكلية وتوازنها. تناسب أنواع مختلفة ظروف عمل آبار النفط المختلفة لتلبية احتياجات التعدين المتنوعة.
1. مقسمة حسب الهيكل:
مضخة الزيت ذات العارضة المتحركة: تُعد هذه المضخة الأكثر استخدامًا حاليًا، وقد سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى المكون الرئيسي للعارضة المتحركة في هيكلها. ميزتها الأساسية هي دفع رأس الحمار للأسفل عبر تأرجح العارضة، ثم سحب قضيب الشفط. وفقًا للموضع النسبي للقوس وآلية قضيب توصيل الكرنك، يمكن تقسيمها إلى نوع عادي ونوع أمامي (نوع أمامي). يقع قوس وحدة ضخ العارضة العادية بين رأس الحمار وآلية قضيب توصيل الكرنك. هيكلها متماثل وثباتها قوي. وهي مناسبة لمعظم آبار النفط التقليدية. تقع آلية قضيب توصيل الكرنك لوحدة ضخ العارضة الأمامية بين رأس الحمار وآلية قضيب توصيل الكرنك. هيكلها أكثر إحكامًا ويغطي مساحة صغيرة، وهو مناسب بشكل خاص للمناطق ذات مساحة موقع البئر المحدودة، مثل حقول النفط الهامشية الحضرية أو تكوينات الآبار المكثفة.
وحدة ضخ بدون شعاع: مقارنةً بوحدات الضخ بدون شعاع، تُلغي هذه الوحدة الهيكل التقليدي، وتُحقق نقل الطاقة عبر ناقل الحركة الهيدروليكي، أو ناقل الحركة بالسلسلة، أو ناقل الحركة اللولبي. تتميز بحجمها الصغير، ووزنها الخفيف، وطول شوطها. تشمل الأنواع الشائعة وحدات الضخ الهيدروليكية، ووحدات الضخ بالسلسلة، ووحدات الضخ اللولبية، وغيرها، وهي مناسبة للآبار العميقة، والآبار فائقة العمق، وآبار النفط الثقيل.
2. مقسمة حسب الرصيد:
نوع موازنة العارضة: يُثبَّت ثقل موازنة في ذيل العارضة لموازنة الحمل عند رأس الحمار عن طريق ضبط موضعه ووزنه. هيكله بسيط وسهل الصيانة، لكن دقة موازنة العارضة منخفضة. وهو مناسب لآبار النفط منخفضة الحمل وقصيرة الشوط.
نوع موازنة الكرنك: يُثبَّت وزن موازنة على الكرنك لموازنة الحمل باستخدام قوة الطرد المركزي عند دورانه. يتميز هذا النوع من الموازنة بثبات أكبر ويتكيف مع ظروف الحمل المتوسطة والعالية. وهو حاليًا الأسلوب السائد لموازنة نوع العارضة.وحدة ضخ النفط.
نوع التوازن المركب: من خلال الجمع بين مزايا توازن العارضة وتوازن العمود المرفقي، يتم ضبط وزن التوازن على كل من العارضة والعمود المرفقي، مما يمكنه تقليل تقلبات الحمل بشكل فعال ومناسب للآبار العميقة ذات الحمل العالي أو الآبار النفطية ذات العائد العالي ذات الشوط الطويل.
2. مبدأ العمل:
جوهر عملية العملوحدة ضخ النفطهي عملية "تحويل ونقل الطاقة". جوهرها هو تحويل الحركة الدورانية عالية السرعة لمخرجات المحرك إلى حركة ترددية منخفضة السرعة لرأس الحمار من خلال نقل متعدد المراحل. ويمكن تقسيمها إلى ثلاث خطوات رئيسية:
١. مدخلات الطاقة والتباطؤ: يُحوّل المحرك الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ويُنتج حركة دورانية عالية السرعة، وينقلها إلى علبة التروس عبر الوصلة. يتم التباطؤ متعدد المراحل داخل علبة التروس من خلال مجموعة تروس، مما يُخفّض السرعة إلى السرعة المنخفضة التي يتطلبها الكرنك، مع زيادة عزم الدوران لتلبية متطلبات حمل قاع البئر.
٢. تُحوَّل الحركة الدورانية إلى حركة تأرجح: يُحرِّك عمود خرج علبة التروس الكرنك للقيام بحركة دورانية منخفضة السرعة، ويتصل الكرنك بالذراع الخلفي (أو الساعد) للعارضة عبر قضيب توصيل. عندما يدور الكرنك، يدفع قضيب التوصيل العارضة أو يسحبها للتأرجح لأعلى ولأسفل حول نقطة ارتكاز الدعامة، مما يُحوِّل الحركة الدورانية إلى حركة تأرجح.
٣. الحركة الترددية ونقل الحمل: يُثبَّت رأس حمار في مقدمة العارضة، ويُوصَل بقضيب ضخ الزيت عبر حبل تعليق. مع تأرجح العارضة، يتحرك رأس الحمار صعودًا وهبوطًا بشكل متزامن، ويدفع قضيب شفط الجر مكبس مضخة الزيت الجوفية للقيام بحركة ترددية رأسية، وفي النهاية يسحب النفط الخام من باطن الأرض. في هذه العملية، تنتقل الأحمال، مثل وزن عمود السائل فوق المكبس ووزن عمود قضيب الشفط، وغيرها، إلى رأس الحمار عبر حبل التعليق، لذا يجب أن يلبي تصميم متانة رأس الحمار والعارضة متطلبات الأحمال عالية القوة.
Ⅲ. المعايير التقنية الرئيسية:
ينعكس أداء وحدة الضخ من خلال عدد من المعلمات الرئيسية، والتي يجب اختيارها بشكل معقول وفقًا لعوامل مثل قدرة إنتاج بئر النفط، وعمق البئر، والخصائص الفيزيائية للنفط الخام:
الشوط: يُشير إلى أقصى مسافة بين رأس الحمار وقاعه، وهو ما يُحدد مباشرةً شوط مكبس مضخة الزيت. كلما كان الشوط أكبر، زادت كمية السائل المُضخّ دفعةً واحدة، وهو مناسبٌ لآبار النفط عالية الإنتاجية.
النبضة: تشير إلى عدد مرات حركة رأس الحمار لأعلى ولأسفل في الدقيقة. كلما زادت النبضة، زاد عدد مرات ضخ السائل في وحدة الزمن، ولكن ارتفاعها يزيد من خطر تلف قضيب الشفط بسبب التعب.
حمل نقطة التعليق: يشير إلى أقصى حمل يتحمله نقطة تعليق رأس الحمار، بما في ذلك وزن قضيب الضخ، ووزن عمود السائل والحمل الإضافي، وهو الأساس الأساسي لتصميم قوة وحدة الضخ.
المواد المرجعية:
[1] "مجلة ماكينات البترول، 2022، المجلد 50، العدد 3، "التحسين الهيكلي وبحوث التطبيقات لنوع العارضةوحدة ضخ النفطدددددد
[2] سينوبك "استكشاف وتطوير البترول" 2023، المجلد 50، العدد 2، "التقدم في تطبيق وحدات الضخ غير الشعاعية في تعدين الآبار العميقة"
[3] "هندسة حقول النفط والغاز المجلد 40، العدد 11، 2021 "بحث في تحسين طريقة التوازن لوحدات الضخ وتحسين كفاءة الطاقة
[4] "التصميم الميكانيكي والتصنيع" رقم 8، 2022 "تحليل التصميم والموثوقية لمخفضوحدة ضخ النفطدددددد
[5] "هندسة آبار النفط والغاز" المجلد 6، العدد 1، 2023 "بحث في تحسين المعاملات ومطابقة سعة وحدة الضخ"