giriiş
Petrol sahasında yavaşça sallanan bir pompa kulesi gören çoğu insan, yerin 3.000 fit altında neler olup bittiğini düşünmez. Yüzeydeki görünen hareket – yürüyen kirişin o istikrarlı yukarı-aşağı yayı – hikayenin sadece yarısıdır. Gerçek mühendislik, yüksek basınç, aşındırıcı sıvı, çözünmüş gaz ve aşırı sıcaklıklar altında, hassas bir pompa düzeneğinin mekanik hareketi döngüden döngüye sıvı kaldırmaya dönüştürdüğü kuyu dibinde gerçekleşir.
Bir şeyin nasıl olduğunu anlamakemme çubuğu pompasıBu çalışma, üretim mühendisleri için sadece akademik bir ilgi alanı değildir. Yapay kaldırmada alınan her anlamlı kararın temelini oluşturur: hangi pompa tipinin seçileceği, strok hızının ve uzunluğunun nasıl yapılandırılacağı, dinamometre kartının kuyu içi koşullar hakkında size ne söylediği ve bunlardan biri planlanmamış bir bakım çalışmasına dönüşmeden önce gaz girişimi, vana aşınması ve sıvı basıncı arasındaki farkın nasıl teşhis edileceği gibi.
Bu kılavuz, yüzeydeki ana tahrik ünitesinden, kuyu içi pompaya kadar tüm çalışma mekanizmasını adım adım açıklıyor ve her bir bileşenin işlevini, bir kuyunun verimli bir şekilde üretim yapıp yapmayacağını veya önlenebilir sorunlarla boğuşup boğuşmayacağını belirleyen pratik sonuçlarla ilişkilendiriyor. Ayrıca, standart pompa konfigürasyonlarının güvenilir bir şekilde başa çıkamadığı zorlu kuyu koşulları (gaz, kum, ağır petrol, yüksek sıcaklık ve derinlik) için tasarlanmış özel pompa tasarımlarını da ele alıyor.
İster yeni bir kuyu tamamlama işlemi için kaldırma sistemi seçeneklerini değerlendiriyor olun, ister mevcut bir kuyudaki üretim düşüşünü gidermeye çalışıyor olun, ister saha uygulaması için pompa ekipmanı temin ediyor olun, aşağıdaki teknik içerik size ihtiyacınız olan ayrıntılı temeli sağlayacaktır.
Emme çubuklu pompa nedir?
Aemme çubuğu pompasıPetrol ve doğalgaz kaldırma sistemi, rezervuar basıncının kuyunun doğal akışına izin vermeyecek kadar düşük olduğu durumlarda ham petrolü ve üretilen sıvıları kuyudan yüzeye çıkarmak için kullanılan pozitif deplasmanlı pistonlu bir pompadır. Dünya çapında 750.000'den fazla kuyuda faaliyet gösteren bu sistem, küresel petrol ve doğalgaz endüstrisinde en yaygın kullanılan yapay kaldırma sistemidir ve kuyu sayısı bakımından en büyük kurulu tabana sahiptir.
Sistem, 1860'larda Pennsylvania petrol sahalarında ilk ticari olarak kullanılmaya başlanmasından bu yana mekanik olarak tutarlı kalan bir prensibe dayanmaktadır: kuyu içi pompa, yüzey pompalama ünitesine bağlı, ileri geri hareket eden bir çubuk dizisi tarafından tahrik edilir. 160 yıl içinde değişen şey, bileşenlerin üretilme hassasiyeti, tasarımın ele aldığı kuyu koşullarının aralığı ve mühendislere pompada neler olup bittiğini anlatan izleme ve teşhis sistemlerinin gelişmişliğidir.
Amerikan Petrol Enstitüsü'nün (API) API 11AX spesifikasyonu, yer altı emme çubuklu pompalar için küresel boyut ve malzeme standardını sağlar. Bu standart, farklı üreticilerden gelen pompa bileşenlerinin tanımlanmış iç çap toleranslarını, piston boşluklarını, valf geometrisi gereksinimlerini ve malzeme sertliği özelliklerini karşılamasını sağlayarak, sahada değiştirilebilirliği mümkün kılar ve profesyonel petrol sahası pompa uygulamaları için minimum kalite temelini oluşturur.
Sistemin İki Dünyası: Yüzey ve Kuyu İçi
Bir çubuklu kaldırma sistemi, mekanik bir iletim bağlantısıyla birbirine bağlanan iki farklı fiziksel ortamda çalışır. Her bir ortamı ve içinde neler olup bittiğini anlamak, sistemin neden bu şekilde davrandığını ve sorunların neden bu şekilde ortaya çıktığını anlamanın anahtarıdır.
Yüzey İşleme Ekipmanları: Döner Hareketi Pistonlu Harekete Dönüştürme
Yüzey pompalama ünitesi - genellikle pompa krikosu, kiriş pompası veya sallanan eşek olarak adlandırılır - tek bir temel işlevi yerine getirir: bir elektrik motorunun veya gaz motorunun dönme hareketini, kuyu içi pompayı çalıştırmak için gereken ileri geri yukarı-aşağı harekete dönüştürür.
Ana tahrik motoru, mekanik güç kaynağını sağlar. Çoğu modern tesiste bu bir elektrik motorudur; şebeke elektriğinin bulunmadığı veya güvenilmez olduğu bölgelerde ise doğalgaz motoru veya dizel motor aynı işlevi görür. Motor boyutu, tesisin beklenen en yüksek cilalı piston yüküne ve piston strok hızına göre ayarlanır.
Dişli redüktör, motor milinin yüksek hızlı dönüşünü (tipik olarak 1200 ila 1800 RPM) alır ve bunu, kuyu koşullarına ve üretim hedeflerine bağlı olarak dakikada yaklaşık 2 ila 25 vuruş arasında değişen pompa ünitesinin çalışma krank hızına düşürür. Dişli redüktör aynı anda torku, çubuk dizisi yükünü ve sıvı kolon ağırlığını aşmak için gereken seviyelere çıkarır.
Krank ve pitman kolu düzeneği, dişli redüktörünün dönme çıkışını yürüyen kirişin sallanma hareketine dönüştürür. Krank kolları dişli redüktörünün çıkış miline monte edilmiştir; pitman kolları ise krank pimlerini yürüyen kirişin arka tarafına bağlar. Kranklar döndükçe, pitman kolları kirişin arka tarafını bir yay şeklinde itip çeker ve bu da ön ucun (at başı ve cilalı çubuk askısının bulunduğu yer) yukarı ve aşağı hareket etmesine neden olur.
Yürüyen kiriş, merkezi bir Samson direğinde dönen bir kaldıraç prensibiyle çalışır. Arka uç yükseldiğinde (krank tarafından tahrik edilir), ön uç iner ve tersi de geçerlidir. Kirişin geometrisi, pivotun konumu ve krankın uzunluğu, hareket uzunluğunu belirler; yani cilalı çubuğun bir tam döngüde kat ettiği toplam dikey mesafeyi.
Kirişin ön ucundaki at başı şeklindeki çıkıntı, genellikle tel halat veya fiberglas kablo olan ve cilalı çubuk askısına bağlanan bağlantı parçasını taşır. At başının kavisli şekli, kiriş ucunun yay hareketine rağmen, cilalı çubuğun hareket boyunca düz bir dikey çizgide hareket etmesini sağlar.
Parlatılmış çubuk, kuyu başındaki salmastra kutusundan geçen ve doğrudan aşağıdaki emme çubuğu dizisinin üst kısmına bağlanan hassas işlenmiş bir çubuktur. Üretilen sıvıların atmosfere kaçmasına izin vermeden günde binlerce kez salmastra kutusu contasından geçmesi gerektiğinden, çok sıkı yüzey işleme toleranslarına göre üretilmiştir. Parlatılmış çubuk, yüzey pompalama ünitesi ile çubuk dizisi arasındaki mekanik bağlantıdır.
Kuyu başlığına monte edilen salmastra kutusu, cilalı çubuk etrafında dinamik bir sızdırmazlık sağlar. Salmastra kutusunun içindeki dolgu elemanları, kuyu basıncını kontrol altında tutarken çubuğun serbestçe ileri geri hareket etmesine izin vermek için çubuk yüzeyine baskı uygular. Salmastra kutusunun durumu, hem çevresel korumayı hem de cilalı çubuk aşınma oranını doğrudan etkiler.
Denge ağırlıkları, çubuk dizisinin ve sıvı kolonunun yükünün bir kısmını dengelemek için krank kollarına veya doğrudan kirişe monte edilir. Denge ağırlığı olmadan, motor yukarı doğru hareket sırasında tüm çubuk ve sıvı yükünü kaldırmak zorunda kalırken, aşağı doğru hareket sırasında hiçbir faydalı yük almazdı. Doğru denge ağırlığı, dişli redüktöründeki tepe torkunu azaltır ve aşağı doğru hareketten gelen potansiyel enerjiyi yukarı doğru harekete yardımcı olmak için geri dönüştürerek sistemin enerji verimliliğini artırır.
Çubuk Dizisi: Derinlik Boyunca Mekanik İletim
Emme çubuğu dizisi, yüzeydeki cilalı çubuktan kuyu dibindeki pompa pistonuna ileri geri hareketi ileten mekanik bağlantıdır. Esasen, dönüşümlü olarak gerilme ve sıkıştırmaya maruz kalan uzun, esnek bir çelik kolondur ve sert bir şaft gibi davranmaz.
Standart emme çubukları, her iki ucunda dişli pim bağlantıları bulunan 25 veya 30 fit uzunluğunda üretilir. API çubuk sınıfları D, K, C ve yüksek mukavemetli HS (ve diğerleri), farklı derinlik ve yük gereksinimleri için farklı çekme dayanımı değerleri sağlar. Derin kuyularda veya ağır sıvı uygulamalarında, çubuk dizisi, gerilimin en yüksek olduğu üst kısımda daha yüksek kaliteli çubuklar ve alt kısımda standart kaliteli çubuklar olacak şekilde, konik bir dizi tasarımında birden fazla kaliteyi içerebilir.
Üretim kuyusundaki boru dizisi, her hareket sırasında iki temel gerilme koşuluna maruz kalır: yukarı hareket sırasında piston yükünü ve sıvı kolon ağırlığını desteklerken oluşan çekme gerilimi ve aşağı hareket sırasında pistonu aşağı itmek için boru dizisi kısalırken oluşan sıkıştırma gerilimine doğru bir tersine dönüş. Bu döngüsel gerilme tersine dönüşü, boru yorulmasının temel nedenidir; gerilme yoğunlaşma noktalarında (bağlantılar, korozyon çukurları, çizikler) hasarın kademeli olarak birikmesi ve boru dizisi uygun bir programda incelenip değiştirilmezse sonunda borunun kopmasına yol açar.
Pompa çubukları da uzar. 6.000 fit derinliğindeki bir kuyuda, tam sıvı yükü altında bulunan çelik bir pompa çubuğu, yüksüz uzunluğuna göre 12 ila 24 inç uzayabilir. Bu esneklik, pompa davranışı için önemli sonuçlar doğurur: pistonun hareket mesafesi, cilalı çubuğun yüzey hareket mesafesiyle aynı değildir. Cilalı çubuk yukarı doğru hareket etmeye başladığında, pompa çubuğunun üst kısmı alt kısmından önce hareket eder; bu hareket, mekanik bir dalga olarak çubuk boyunca aşağı doğru yayılır. Pompa pistonu hareketine biraz geç başlayabilir ve gerçek pompa hareket mesafesi, çubuk dinamiklerine bağlı olarak yüzey hareket mesafesinden daha kısa veya daha uzun olabilir. Bu davranışı anlamak, pompa dolumunu ve üretim verimliliğini optimize etmek için çok önemlidir.
Merkezleyiciler, eğimli veya yönlü kuyularda, çubuk bağlantıları ile boru duvarı arasında metal-metal temasını önlemek için çubuk dizisine belirli aralıklarla monte edilen cihazlardır. İyi tasarlanmış bir merkezleyici, çubuk-boru temas alanını artıran ve birim temas basıncını azaltan üç eğimli yüzey geometrisi kullanır; bu da hem çubuk bağlantılarında hem de boru iç yüzeyinde aşınma oranını önemli ölçüde azaltır. Önemli sapma gösteren kuyularda, merkezleyici seçimi ve aralığı, çubuk dizisinin çalışma ömrü için kritik öneme sahiptir.
Kuyu İçi Pompa Tertibatı: İşin Gerçekleştiği Yer
Kuyu içi pompa, üretilen sıvıya doğrudan etki eden bileşendir. İşlevi, kuyu deliği halkasından pompa boşluğuna sıvı çekmek ve onu üretim borusu boyunca yukarı doğru itmek için bir basınç farkı oluşturmaktır. Yüzey ünitesi ve boru hattının yaptığı her şey bu pompayı çalıştırmak içindir.
Standart bir kuyu içi pompa düzeneği beş temel bileşenden oluşur:
Pompa gövdesi (çalışma gövdesi olarak da adlandırılır), pompanın sabit gövdesini oluşturan hassas bir şekilde işlenmiş silindirdir. Yüksek mukavemetli çelik alaşımdan üretilir ve sıkı iç çap toleranslarına göre işlenir. İç yüzey, pistonun hareket ettiği yüzeydir; yüzey kalitesi, sertliği ve boyutsal doğruluğu, pompanın verimliliğini ve kullanım ömrünü doğrudan belirler. Gelişmiş gövde tasarımları, sürtünmeyi azaltmak, servis aralıklarını uzatmak ve hidrojen sülfür veya karbondioksit içeren akışkan ortamlarında korozyon direnci sağlamak için iç yüzeye çok katmanlı aşınmaya dayanıklı kaplama içerir.
Piston, pompa gövdesi içinde hareket eden ileri geri hareket eden elemandır. Pistonun dış çapı ile gövde deliği arasındaki boşluk, pompa tasarımındaki en kritik boyutsal parametrelerden biridir. Daha dar bir boşluk, kaymayı (yukarı doğru hareket sırasında sıvının pistonun arkasına sızmasını) azaltır, ancak sürtünmeyi artırır ve daha hassas üretim toleransları gerektirir. Daha gevşek bir boşluk sürtünmeyi azaltır, ancak daha fazla sıvının pistonu atlamasına izin vererek hacimsel verimliliği düşürür. API 11AX, farklı delik boyutları ve üretim ortamları için izin verilen boşluk aralıklarını belirtir.
Modern piston tasarımları sıklıkla metal püskürtme kaplaması içerir; bu, pistonun dış yüzeyine uygulanan termal olarak püskürtülmüş sert bir kaplamadır. Bu kaplama, üretilen sıvıda bulunan kum ve kireç parçacıklarından kaynaklanan aşındırıcı aşınmaya karşı direnç göstermek için yüzey sertliğini artırır, boru deliğine karşı sürtünme katsayısını azaltır ve kimyasal olarak agresif üretilen sıvı ortamlarında korozyona dayanıklı bir yüzey sağlar. Püskürtme metal piston, zorlu kuyu koşullarında pompa hizmet ömrünü uzatmak için mevcut en uygun maliyetli iyileştirmelerden birini temsil eder.
Hareketli valf, piston gövdesine monte edilmiş bir çek valftir. Aşağı doğru hareket sırasında sıvının piston içinden yukarı doğru akmasına izin verir ve yukarı doğru hareket sırasında kapanarak yukarıdaki sıvı sütununun tekrar aşağı doğru akmasını önler. Hareketli valf, pompadaki en büyük dinamik gerilime maruz kalan bileşendir; yüzey ünitesinin çalışma frekansına bağlı olarak her harekette açılır ve kapanır, bu da günde binlerce kez gerçekleşebilir. Valf yuvası ve bilye malzemesi seçimi çok önemlidir: Standart karbon çelik bilyeler ve yuvalar temiz, orta derecede akışkan kuyular için yeterlidir; tungsten karbür yuvalar ve bilyeler aşındırıcı ve korozyona uğrayan ortamlarda kullanılır.
Durağan vana, pompa gövdesinin dibine monte edilmiş bir çek valftir. Yukarı doğru hareket sırasında kuyudan gelen sıvının pompaya girmesine izin verir ve aşağı doğru hareket sırasında kapanarak halka boşluğuna geri akışı önler. Hareketli vananın aksine, durağan vana yalnızca pompa düzeneğinin dibinde, kum, kireç ve kuyu kalıntılarının en yoğun olduğu sıvı giriş bölgesinde hareket eder. Hareketler arasında durağan vananın yuvasına çöken kum parçacıkları, vananın tam olarak kapanmasını engelleyerek geri akışa ve önemli verimlilik kaybına neden olabilir.
Oturma tertibatı (sabitleme tertibatı), pompayı boru hattında tasarlanan ayar derinliğinde sabitler. API 11AX, iki temel oturma tipini tanımlar: kap tipi (sürtünmeye dayalı, elastomerik kaplar kullanan) ve mekanik (pozitif mandal bağlantısı). Oturma tertibatı, pompanın yukarıdaki sıvı sütunu tarafından oluşturulan yukarı doğru hidrolik kuvvete karşı pompayı sıkıca tutmalı, aynı zamanda servis gerektiğinde pompanın boru hattıyla birlikte serbest bırakılmasına ve geri alınmasına izin vermelidir.
Gerçekte Nasıl Çalışır: Kalp Atış Döngüsü Açıklaması
Bileşen fonksiyonları belirlendikten sonra, kuyu içi pompanın tüm çalışma döngüsü tam olarak anlaşılabilir.
Yüzey pompalama ünitesi yukarı doğru hareket etmeye başladığında (cilalı çubuk yukarı doğru hareket ettiğinde), mekanik kuvvet çubuk dizisi boyunca pistonu iletir ve onu namlu içinde yukarı doğru çeker.
Piston yükseldikçe, pistonun altındaki ve vananın üstündeki boşluğun hacmi artar. Bu, pompa gövdesinin içinde daha düşük basınçlı bir bölge oluşturur. Üretilen sıvının hidrostatik sütunu ve formasyon giriş basıncı tarafından korunan kuyu deliği halkasındaki basınç, gövde içindeki basınçtan daha yüksektir.
Bu basınç farkı, sabit vanaya etki eder. Sabit vana, dip basıncı varil basıncını aştığında içe (varile doğru) açılan tek yönlü bir çek valf olduğundan, açılır. Üretilen sıvı (yağ, su ve mevcut çözünmüş veya serbest gaz) sabit vanadan akar ve yükselen pistonun oluşturduğu boşluğu doldurur.
Aynı anda, piston üzerine monte edilmiş hareketli vana, üretim borusundaki üstündeki sıvı sütununun ağırlığı ve basıncı tarafından kapalı tutulur. Basınç farkı vanaya karşı etki ettiği için, hareketli vana yukarı doğru hareket sırasında açılamaz.
Pompanın tam yukarı hareketi, üretilen sıvıyı kuyu deliği halkasından çekerek namluyu doldurur. Her yukarı harekette namluya giren sıvı hacmi, pompa dolumunu belirler; bu, teorik pompa deplasmanının sıvı tarafından fiilen işgal edilen yüzdesidir. Düşük rezervuar basıncına, yüksek gaz-yağ oranına sahip veya pompanın ekonomik oranının altında üretim yapan kuyularda sıklıkla eksik namlu dolumu görülür; bu durum dinamometre kartı imzasında açıkça ortaya çıkar.
Aşağı Vuruş: Sıkıştırma ve Yer Değiştirme
Yüzey ünitesi hareketinin en üst noktasına ulaştığında ve aşağı doğru hareketine başladığında, cilalı çubuk -ve onunla birlikte çubuk dizisi ve piston- aşağı doğru hareket etmeye başlar.
Piston, sıvı dolu varile doğru inerken, aşağıdaki sıvıyı sıkıştırır. Bu, sabit vanayı anında kapatır: varil içindeki basınç artık kuyu deliği halka basıncını aşar ve formasyona geri akışı önler.
Piston aşağı doğru hareket etmeye devam ettikçe, namlu basıncı, yukarıdaki üretim borusundaki sıvı sütununun basıncını aşana kadar yükselir. Bu noktada, hareketli vana açılır. Aşağı inen piston tarafından yer değiştirilen sıvı, hareketli vanadan geçer ve yukarıdaki borudaki sıvı sütununa eklenir.
Boruda zaten bulunan sıvının her strokta yüzeye çıkarılmasına gerek yoktur; bu, her aşağı doğru hareketle yer değiştiren hacim kadar yukarı doğru ilerleyen sıkıştırılamaz bir sütundur. Her tam strokun net etkisi, bir piston hacmine eşdeğer miktarda sıvının kuyu deliği halkasından, pompadan geçerek yüzeye doğru ilerlemesidir.
Dakikada 10 vuruş hızı, 60 inçlik pompa stroku ve 2 inçlik piston çapı ile teorik deplasman günde yaklaşık 40 ila 50 varildir; bu rakam, hacimsel verimliliğe bağlı olarak gerçek üretimde de elde edilen değerlere yaklaşmaktadır.
Pompa çubuğunun elastik davranışı, yüzeyde komut edilen ile pompada gerçekleşen arasında bir boşluk yaratır. Bu bir kusur değil, fiziktir; ancak önemli operasyonel sonuçları vardır.
Yukarı doğru hareket sırasında, piston dizisinin üst kısmı alt kısmından önce hareket etmeye başlar. Piston gerçekten kalkmadan önce, pistonun sıvı yükünü (pistonun üzerindeki sıvı sütununun ağırlığı) alabilmesi için pistonun önce uzaması gerekir. Tam yük altında derin kuyularda 12 ila 24 inç'e ulaşabilen bu uzama, pistonun etkili yukarı doğru hareketinin yüzey hareketinden daha kısa olduğu anlamına gelir. Buna piston uzaması sonucu oluşan hareketin kısalması denir.
Öte yandan, yüksek strok hızlarında, aşağı doğru hareket eden piston dizisinin momentumu, pistonun nominal pompa strokunun biraz ötesine geçmesine neden olabilir; bu duruma aşırı hareket denir. Pompa gövdesinin tamamen sıvı ile dolu olmadığı (eksik dolum) kuyularda, piston aşağı doğru hareketin sonunda gövdedeki sıvı yüzeyine çarparak, piston dizisi bağlantılarına ve yüzey ekipmanına yüksek anlık gerilim uygulayan sıvı darbesi adı verilen hidrolik bir şok oluşturabilir.
Çubuk esnekliğini anlamak ve yönetmek, çubuklu pompa tasarımı ve optimizasyonundaki temel analitik zorluktur ve bu nedenle yüzey dinamometre kartları, kuyu içi kuvvetin doğrudan ölçümleri olarak değil, mekanik modeller merceğinden yorumlanır.
Dinamometre Kartını Okumak: Pompanız Size Ne Anlatıyor?
Yüzey dinamometre kartı (bir tam strok boyunca cilalı çubuk yükü ile cilalı çubuk pozisyonunun grafiği), çubuklu pompa operatörünün elindeki en güçlü teşhis aracıdır. Pahalı basınç ölçerler veya kuyu içi sensörler olmadan görünmez olacak kuyu içi koşullarına dair bir pencere açar.
Tam dolu bir hazneye sahip, iyi çalışan bir pompa, karakteristik bir kart şekli oluşturur: Pompa yukarı doğru hareketin başlangıcında, çubuk sıvı sütununu alırken yük hızla artar, yukarı doğru hareketin ortasında yaklaşık olarak sabit kalır, ardından hareketli valf kapanmaya başladığında ve yük tekrar boruya aktarıldığında tepede düşer. Bu idealize edilmiş şekilden sapmalar, kuyu dibindeki belirli koşulları gösterir:
Yukarı doğru hareketin başlangıcında yuvarlak veya kademeli yük artışı, sabit valf açılmadan önce gaz sıkışmasının gerçekleştiğini gösterir; namluda sıvı akışı başlamadan önce sıkıştırılması gereken serbest gaz bulunur. Bu, gaz girişiminin erken bir belirtisidir.
Pistonun tam olarak doldurulmamış bir haznede sıvı yüzeyine çarpması sonucu oluşan sıvı basıncına işaret eden, aşağı doğru hareketin ortasında ani bir yük düşüşünü ve ardından ikincil bir yük artışını, yüksek frekanslı bir titreşim sinyaliyle birlikte gözlemleyen göstergeler, sıvı basıncındaki ani düşüşü ifade eder.
Köşeleri yuvarlaklaştırılmış paralelkenar şekli, tam dolu ve normal şekilde çalışan bir pompayı gösterir.
Zamanla giderek küçülen kartlar, genellikle kuyuya giren su miktarının azalması veya aşınma nedeniyle pompa boşluğunun artması sonucu pompa dolumunun azaldığını gösterir.
Yukarı ve aşağı hareketlerdeki asimetrik yükleme, valf sorunlarına işaret edebilir; örneğin, valf sızıntısı nedeniyle yukarı hareket sırasında pompadan geri akış meydana gelebilir veya hareketli valf aşınması nedeniyle aşağı hareket sırasında sıvı baypas edilebilir.
Pompayı çekmeden, yüzeyden kuyu içi koşullarını teşhis edebilme yeteneği, ESP ve diğer kaldırma yöntemlerine göre çubuklu kaldırma yönteminin en önemli operasyonel avantajlarından biridir. Sorunlar arızaya dönüşmeden önce proaktif müdahaleye olanak tanır ve bakım planlamasını bilgilendiren sürekli bir pompa sağlığı kaydı sağlar.
İki Standart Pompa Tipi ve Çalışma Prensipleri Arasındaki Farklar
API 11AX, iki temel sınıflandırmayı tanır:emme çubuğu pompalarıVe bunlar arasındaki seçim, işletme özelliklerini, servis maliyetini ve uygulama uygunluğunu etkiler.
Pompa Takılması: Servis Hızı ve Maliyeti
(API terminolojisinde R harfiyle gösterilen) ek pompa, komple bir ünite olarak üretim borusunun içine yerleştirilir. Pompanın tamamı - gövde, piston ve vanalar - boru hattının altına bağlanır ve borunun içine yerleştirme derinliğine kadar indirilir; burada, tamamlama dizisinin bir parçası olarak takılan bir oturma nipeline sabitlenir.
Pompanın bakıma ihtiyacı olduğunda, tüm pompa düzeneği sadece çubuk dizisi çekilerek geri alınır. Üretim borusu kuyuda kalır. Bu, arızalı bir pompaya sahip bir kuyunun, tam bir kuyu bakım kulesine göre çok daha ucuz ve hızlı bir işlem olan çubuk çekme ünitesiyle bakıma alınabileceği anlamına gelir. Çekme kararı alındığı andan pompanın tekrar üretime geçmesine kadar geçen süre genellikle 12 ila 24 saattir.
Buradaki dezavantaj pompa iç çapıdır. Pompanın üretim borusunun içine sığması gerektiğinden, maksimum piston çapı ve dolayısıyla maksimum pompa debisi, borunun iç çapıyla sınırlıdır. Bu durum, servis maliyeti avantajının kapasite kısıtlamasından daha ağır bastığı düşük ila orta debili kuyular için gömme pompaları tercih edilen seçenek haline getirir.
Pompa çapının değiştirilmesinin üretim boru hattının sökülüp yeniden takılmasını gerektireceği derin kuyularda, API insert pompa tasarımı önemli bir operasyonel avantaj sağlar: oturma destek bağlantısı boru hattıyla evrenseldir, bu nedenle farklı bir pompa çapına geçmek boru hattının ayarlanmasını gerektirmez. Sadece pompanın kendisi değiştirilir.
Boru Pompası: Maksimum Deplasman Kapasitesi
(API terminolojisinde T harfiyle gösterilen) boru pompası, üretim borusunun kendisini pompa gövdesi olarak kullanır. Gövde doğrudan boru hattına vidalanır; piston boru hattı üzerinde hareket ettirilir ve gövdeye yerleştirilir.
Pompa gövdesi tam çaplı boru olduğundan, boru tipi pompalar aynı boru boyutuna sahip bir ek pompaya göre önemli ölçüde daha büyük piston çapına sahip olabilir. Belirli bir strok uzunluğu ve strok hızı için bu, doğrudan daha yüksek üretim hacmine dönüşür. Boru tipi pompalar, strok başına maksimum pompa deplasmanının gerekli olduğu yüksek debili kuyular için uygun bir seçimdir.
Boru pompasının servis dezavantajı, boru muayenesi veya değiştirilmesi gerektiren herhangi bir işlemin, tüm üretim boru hattının çekilmesini gerektirmesidir; bu da tam bir kuyu bakım ve onarım operasyonu anlamına gelir. Yüksek debili ve yüksek değerli kuyular için bu maliyet, üretim kapasitesiyle haklı çıkarılabilir. Olgunlaşmış, düşük debili kuyular için ise servis maliyetindeki asimetri genellikle ek pompayı daha ekonomik bir seçenek haline getirir.
Özel Pompa Tasarımları: Zorlu Kuyular İçin Mühendislik Çözümleri
Standart API pompa tasarımları (pompa gövdesi ve boru) temiz sıvıya, orta düzeyde gaz-yağ oranına ve elverişli çalışma koşullarına sahip kuyularda iyi performans gösterir. Dünyadaki verimli karasal kuyuların önemli bir kısmı bu kriterleri karşılamamaktadır. Özel pompa tasarımları, standart tasarımların zorlu kuyu koşullarının getirdiği özel arıza modlarını güvenilir bir şekilde ele alamaması nedeniyle ortaya çıkmıştır.
Gaz Engelleme Tasarımı: Üretimi Durdurmadan Önce Gaz Kilitlemesini Önlemek
Gaz kilitlenmesi, özellikle doğal olarak çatlaklı rezervuarlarda, kabarcık noktasının üzerinde üretim yapan kuyularda ve yüksek gaz-yağ oranına sahip oluşumlarda, emme çubuklu pompalama yöntemiyle çalışan kuyularda üretim kaybının en yaygın nedenlerinden biridir.
Gaz kilitlenmesinin mekanizması basittir ancak standart valf tasarımlarıyla çözülmesi zordur: serbest gaz pompa haznesine girdiğinde, sıvı kaldırmaya katkıda bulunmadan hacim kaplar. Aşağı doğru hareket sırasında, gaz yukarıdaki sıvı sütununa kuvvet iletmek yerine sıkışır. Haznedeki gaz hacmi yeterince büyükse, hareketli valf asla açılmaz ve döngüler boyunca herhangi bir sıvı yer değiştirmesi olmaz.
Gaz önleyici pompa tasarımı, standart çek valfleri yöneten basınç farkı koşullarından bağımsız olarak çalışan mekanik bir açma-kapama yağ giriş valfi yapısı aracılığıyla bu sorunu çözmektedir. Gaz pompa boşluğuna girdiğinde, valf pompa çubuğunun ileri geri hareketiyle otomatik olarak açılır ve kapanır; bu da valf hareketini tetikleyecek bir basınç farkını beklemek yerine, gazı fiziksel olarak hazneden dışarı atar. Bu, her strokta gaz fazını hazneden dışarı iter ve sıvı faz pompalamasını yeniden sağlar.
Bu tasarım, karada kullanılan kuyu tamamlama işlemlerinin büyük çoğunluğunda bulunan standart 2 3/8 inç, 2 7/8 inç ve 3 1/2 inç boru çaplarını kapsayan Φ44 mm ve Φ57 mm pompa çapı özelliklerinde mevcuttur. Sonuç olarak, gaz girişiminin aksi takdirde aralıklı çalışma programlarını, yüzey aktif madde enjeksiyon programlarını veya daha pahalı kaldırma alternatiflerine geçişi zorunlu kılacağı kuyulardan istikrarlı üretim sürekliliği sağlanır.
BTng Pistonlu Kum Kontrolü: Aşındırıcı Formasyonlarda Sürdürülebilir Performans
Kum üretimi, iki mekanizma aracılığıyla standart pompa bileşenlerine zarar verir: piston ve gövde yüzeyleri arasındaki aşındırıcı aşınma ve pompa gövdesinde biriken ve piston hareketini fiziksel olarak engelleyen kum.
Kum aşındırmasının önemli olduğu oluşumlarda, standart bir ekstrüder pompasının çalışma ömrü, temiz akışkan kuyularında elde edilebilen çok yıllık performanstan birkaç haftaya kadar düşebilir. Aşındırıcı parçacıklar her iki yüzeyi de aşındırdıkça piston ile gövde arasındaki boşluk hızla açılır; aynı anda, gövdenin dibinde biriken kum, sabit valf ve pistonun etrafını doldurarak mekanik bir sıkışmaya neden olur ve bu da pompanın ve piston kolunun ayrılmasına yol açar.
Uzun pistonlu kum kontrol pompası tasarımı, yanal yağ giriş geometrisi sayesinde her iki arıza modunu da ele almaktadır. Pompa düzeneğinin altından (çökeltilen kumun yoğunlaştığı yerden) sıvı alımı yapmak yerine, yanal giriş tasarımı sıvı giriş noktasını pompanın yan tarafına, kum birikme bölgesinin üstüne konumlandırır. Bu, kumun sabit valfin etrafında birikmesini ve piston hareketini engellemesini önler.
Uzatılmış piston uzunluğu, aşındırıcı aşınma yükünü daha geniş bir piston-gövde temas yüzeyine dağıtır. Aşınmanın kısa bir piston segmentinde yoğunlaşması yerine, daha uzun temas alanı birim aşınma oranını azaltır ve boşluk büyümesinin pompa verimliliğini ekonomik eşiğin altına düşürmesinden önceki süreyi uzatır. Yüksek kumlu oluşumlarda, bu tasarım farkı doğrudan pompa çalışma ömründe ölçülebilir uzamalara dönüşür.
RXB Kalın Duvarlı Ekleme Parçası: Kuyu İçi Basınca Karşı Stabilite
RXB ek pompa tasarımı, orta derinlikten derin kuyulara kadar olan operasyonlarda sürekli yüksek diferansiyel basınçlar altında gövde boyut stabilitesini koruma zorluğunu hedeflemektedir.
Derinlikte standart tek duvarlı bir namluda, döngüsel basınç yüklemesi — aşağı doğru hareket sırasında tam diferansiyel basınca yükselmesi ve yukarı doğru hareket sırasında sıfıra yakın bir değere dönmesi — her harekette namlu duvarının hafifçe esnemesine neden olur. Bu "nefes alma" etkisi, namlu iç yüzeyinde mikro boyutlu değişiklikler yaratır ve bu değişiklikler, piston-namlu uyumunu kademeli olarak bozarak basınç gradyanlarının en dik olduğu namlu uçlarında aşınmayı hızlandırır.
RXB tasarımındaki kalın duvarlı kuyu, kuyu duvarının radyal basınç yüküne karşı direncini artırarak bu döngüsel deformasyonun genliğini azaltır. Sabit taban yapısı, boyutsal kararsızlığa en duyarlı yer olan kuyu tabanındaki nefes alma etkisini ortadan kaldırarak, eşdeğer kuyu koşullarında standart kuyu tasarımlarına kıyasla işletme stabilitesini %30'dan fazla artırır.
RXB pompasındaki tüm akış yolu bileşenleri, aşınmaya dayanıklı kaplamalı paslanmaz çelikten üretilmiştir. Bu malzeme özelliği, H₂S, CO₂ veya yüksek klorür içeriğine sahip formasyon suyu içeren üretim sıvısı ortamlarında mekanik aşınmayı artıran korozyon mekanizmasını ele almaktadır. Boyutsal kararlılık ve korozyon direncinin birleşimi, aynı kuyu koşullarında geleneksel tasarımlara göre bir ila üç kat daha uzun hizmet ömrü sağlar; bu da kuyu bakım sıklığında ve buna bağlı maliyetlerde önemli bir azalma anlamına gelir.
RXB tasarımı, dünya genelindeki verimli karasal petrol oluşumlarının çoğunun derinlik aralığını kapsayan, 10.000 feet (yaklaşık 3.050 metre) derinliğe kadar konuşlandırılmak üzere tasarlanmıştır.
Buhar Enjeksiyonlu Isı Geri Kazanım Pompası: Elektronik Cihazların Kullanılamadığı Yerlerde Çalışma
Döngüsel buhar uyarımı ve buhar destekli yerçekimi drenajı da dahil olmak üzere termal geri kazanım işlemleri, kuyu içi sıcaklık koşullarını çoğu kaldırma sistemi bileşeninin çalışma sınırlarını aşacak şekilde yükseltir. Elektrikli dalgıç pompa motor sargıları 250°F (121°C) üzerinde bozulmaya başlar. Birçok tamamlama bileşenindeki standart elastomerik contaların da benzer sıcaklık sınırları vardır.
Termal geri kazanım pompası tasarımı, kuyu dibinde herhangi bir elektronik veya elastomerik bileşene ihtiyaç duymadan, piston hareketini buhar enjeksiyon döngüsüyle senkronize eden mekanik bir bağlantı yoluyla bu sorunu çözmektedir. Emme çubuğu dizisi belirli bir artışla yukarı kaldırıldığında, piston yükselerek buhar enjeksiyon yolunu sızdırmazlık borusundan üretim borusuna bağlar; bu tamamen mekanik bir işlemdir ve akış yolunda sensör, elektronik veya sıcaklığa duyarlı malzeme gerektirmez.
Bu tasarımı aktif buhar enjeksiyon ortamlarında uygulanabilir kılan malzeme özelliği, buhar kanalında kullanılan Inconel 625 alaşımlı burçtur. Inconel 625, aşırı sıcaklıklarda sürekli performans gerektiren uygulamalar için geliştirilmiş bir nikel-krom-molibden alaşımıdır; jet motoru sıcak bölüm bileşenlerinde, nükleer reaktör iç parçalarında ve derin deniz esnek yükselticilerinde kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda oksidasyona ve korozyona karşı direnci, 350°C'de (662°F) sürekli buhar aşındırmasına boyut bozulması olmadan dayanmasını sağlar.
Çin'in kuzeydoğusundaki başlıca ağır petrol üretim bölgesi olan Liaohe Petrol Sahası'nda yapılan saha testleri, buhar enjeksiyon döngüsü boyunca %85 veya üzeri bir buhar kuruluk oranının korunduğunu doğruladı; bu da pompa tasarımının geri kazanım sürecinin termal verimliliğini tehlikeye atmadığını gösteriyor.
Derin Kuyu Çift Katmanlı Namlu: Derinlikte Hassasiyeti Koruma
Üretim derinliği 2.600 metreyi (yaklaşık 8.500 fit) aştıkça, pompa gövdesine binen mekanik yük önemli ölçüde artar. Gövde duvarları boyunca hidrostatik basınç farkı büyür, piston kolu yükü artar ve gövde deliğindeki herhangi bir boyutsal dengesizlik, kaldırılan sıvı sütununun daha uzun ve daha ağır olması nedeniyle orantısız verimlilik kayıplarına yol açar.
Çift katmanlı pompa gövdesi tasarımı, tek duvarlı bir tasarıma göre radyal yükleri daha etkili bir şekilde dağıtan iç-dış gövde yapısı sayesinde bu sorunu çözmektedir. Pistonla doğrudan temas için dar iç çap toleranslarıyla üretilen iç gövde, derin kuyu operasyonunun sürekli yüksek diferansiyel basınçları altında yapısal sağlamlık sağlayan dış gövde tarafından desteklenir. Bu konfigürasyon, tek duvarlı bir gövdenin ölçülebilir bir bozulma göstereceği koşullarda iç çap boyut bütünlüğünü korur.
Derin kuyu pompası tasarımı, 2.600 ila 3.500 metre derinlik aralığı için derecelendirilmiştir ve birçok olgun derin karasal oluşumun üretim ufkunu kapsamaktadır.
Sık Karşılaşılan İşletme Sorunları: Anlamları ve Nasıl Yanıt Verilir?
Pompanın nasıl çalıştığını anlamak, pompanın amaçlandığı gibi çalışmadığı durumlarda ortaya çıkan sorunları yorumlamayı mümkün kılar.
Gaz Kilidi: Sessiz Üretim Katili
Pompa gövdesindeki serbest gazın, aşağı doğru hareket sırasında hareketli vananın açılmasını engellemesi durumunda gaz kilitlenmesi meydana gelir. Gaz yukarı doğru yer değiştirmeden sıkışır ve genleşir ve yüzey ünitesi hareket etmeye devam etmesine rağmen pompa hiçbir şey üretmez. Dinamometre kartı, normal sıvı işleme süreçlerindeki keskin geçişler olmadan, yuvarlak, kademeli olarak değişen bir yük deseni göstermektedir.
Acil müdahale genellikle pompayı yavaşlatmak (bu da gazın vananın etrafından kaçması için her strokta daha fazla zaman sağlar) veya pompaya girmeden önce gazı sıvıdan ayırmak için pompa girişinin altına bir gaz ankrajı takmaktır. Sürekli yüksek gaz-yağ oranına sahip kuyular için kalıcı çözüm, yukarıda açıklanan gaz önleyici pompa tasarımıdır.
Sıvı Basıncı: Her Bileşene Etki Eden Stres
Varil tam olarak dolmadığında (pompa kapalı durumda) ve piston aşağı doğru hareketinin sonuna gelmeden sıvı yüzeyine ulaştığında sıvı basıncı oluşur. Pistonun sıvıya ani çarpması, dinamometre kartının aşağı doğru hareket eden kısmında keskin bir yük artışı ve pompa krikosundan duyulabilir bir vurma sesi olarak kendini gösteren bir hidrolik şok yaratır.
Tekrarlanan sıvı basıncı, piston bağlantılarında yorulmayı hızlandırır, pompa iç aksamına zarar verir ve piston dizisinde kaplin arızalarına neden olabilir. Yük veya hareket sensörleri aracılığıyla eksik dolumu algılayan ve strok hızını otomatik olarak azaltan (stroklar arasında haznenin yeniden dolmasına izin veren) pompa kapatma kontrolörleri, standart yönetim aracıdır. Uzun vadede, sıvı basıncı, pompa deplasmanı ile kuyu akışı arasında bir uyumsuzluğa işaret eder ve bu da pompanın yeniden boyutlandırılmasını veya strok parametrelerinin ayarlanmasını gerektirir.
Vana Aşınması ve Sızıntısı: Kademeli, Görünmez Verimlilik Kaybı
Aşınmış veya hasar görmüş vanalar, her hareket sırasında çek valf yuvasından sıvıyı geri sızdırır. Durağan vana sızıntısı, aşağı hareket sırasında sıvının namludan kuyu deliği halkasına geri akmasına izin vererek net yukarı doğru yer değiştirmeyi azaltır. Hareketli vana sızıntısı, yukarı hareket sırasında sıvı kolonunun piston içinden geri akmasına izin vererek yük alımını ve net kaldırmayı azaltır.
Her iki valf arıza modu da dinamometre kartında yük desenindeki değişiklikler olarak görünür; hareketli valf sorunlarında yukarı doğru hareket sırasında tepe yükünde azalma, sabit valf sorunlarında ise aşağı doğru hareket sırasında minimum yükte azalma görülür. Ancak bu değişiklikler genellikle kademeli olup, üretim ölçülebilir bir şekilde düşene kadar gözden kaçırılabilir. Valf bozulmasını arızaya ulaşmadan önce tespit etmenin standart yöntemi, aylık veya üç aylık periyotlarla düzenli dinamometre kartı izlemesidir.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Bir şey ne kadar derine inebilir?emme çubuğu pompasıetkili bir şekilde çalışmak?
A: Standart API uçlu pompalar, normal konfigürasyonlarda yaklaşık 14.000 fit (4.270 metre) derinliğe kadar etkilidir. Çift katmanlı gövde yapısı kullanan özel derin kuyu tasarımları, tek cidarlı gövde tasarımlarının sürekli yüksek diferansiyel basınç altında boyutsal kararsızlık göstermeye başladığı 2.600 ila 3.500 metre (yaklaşık 8.500 ila 11.500 fit) aralığı için özel olarak tasarlanmıştır. 15.000 fitin ötesinde, çubuk dizisinin ağırlığı ve yorulma yükü genellikle diğer kaldırma yöntemlerini daha pratik hale getirir.
S: Normal bir pompa verimliliği nedir ve pompamın verimliliğinin çok düşük olup olmadığını nasıl anlarım?
A: Hacimsel pompa verimliliği (gerçek üretim ile teorik maksimum deplasman arasındaki oran), iyi optimize edilmiş tesislerde genellikle %70 ile %90 arasında değişir. %60'ın altındaki verimlilikler genellikle araştırılmaya değer bir soruna işaret eder: gaz girişimi nedeniyle varil dolumunun azalması, valf aşınması nedeniyle geri akış, piston-varil boşluğunun kabul edilebilir aralığın ötesinde aşınması veya pompa boyutunun kuyu giriş akışına uygun olmaması. Yüzey dinamometre kartları, bu koşullardan hangisinin sorumlu olduğunu belirlemek için birincil teşhis verilerini sağlar.
S: Pompa parçaları ne sıklıkla kontrol edilmeli veya değiştirilmelidir?
A: Tasarım parametreleri dahilinde çalışan temiz akışkanlı kuyularda, pompa vanaları ve piston boşluğu, pompayı çekmeden dinamometre kart analizi yoluyla yıllık olarak değerlendirilebilir. Kumlu, aşındırıcı akışkanlı veya yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip kuyularda, gözlemlenen üretim eğilimlerine göre muayene aralıkları kısaltılmalıdır. Rezervuar girişinde karşılık gelen bir değişiklik olmaksızın üretim, pompanın başlangıç değerine göre %15-20 oranında azaldığında, pompanın çekilmesi ve incelenmesi gerekir. Aşınmış vanalar ve piston-gövde boşluğu en sık rastlanan bulgulardır.
S: Bir emme çubuklu pompa aynı anda benzin ve kum çekebilir mi?
A: Standart bir pompa her iki koşulu da güvenilir bir şekilde karşılayamaz. Kum kontrol konfigürasyonunun yanal petrol giriş geometrisini mekanik gaz önleyici valf yapısıyla birleştiren özel pompa tasarımları, her iki koşulu da aynı anda ele alabilir. Temel gereksinim, pompa tipi seçiminden önce, ilk pompa arızasından sonra değil, kuyu sıvısının doğru karakterizasyonudur - kum kesim verileri, GOR ölçümleri ve sıvı bileşimi analizi.
S: Yüzeyden su pompalama ünitesi ne tür bakım gerektirir?
A: Yüzey ünitesi, dişli kutusunun, yürüyen kiriş yataklarının ve krank mili yataklarının rutin yağlanmasını; gerçek cilalı çubuk yüküne göre karşı ağırlık dengesinin periyodik olarak kontrol edilmesini (dinamometre ile ölçülür); salmastra kutusu contalarının aşınması veya sızıntı yapmaya başlaması durumunda değiştirilmesini; ve Samson direği, kirişi ve tabanının yorulma çatlakları açısından periyodik yapısal kontrolünü gerektirir. Bu işlerin çoğu, özel ekipman gerektirmeden standart saha ekibi aletleriyle yapılabilir. Cilalı çubuk yükünün dinamometre ile ölçülmesi, zaman içinde kuyu içi pompa durumunu yorumlamak için gereken temel verileri sağladığı için en değerli bakım faaliyetidir.
Çözüm
Oemme çubuğu pompasıBasit bir makine değildir. Yüzey ve kuyu dibi olmak üzere fiziksel olarak birbirinden ayrı iki ortam arasında çalışan, ne rijit ne de kütlesiz olmayan bir iletim elemanı ile birbirine bağlanan, döngüsel yükleme, basınç farkı, aşındırıcı sıvı ve kimyasal maruziyet koşullarında, dakikada on vuruşla çalışan bir kuyuda yılda beş milyondan fazla vuruşa ulaşan döngü hızlarında çalışan mekanik bir sistemdir.
Onu olağanüstü kılan şey, bunu güvenilir, ekonomik ve başka hiçbir yapay kaldırma yönteminin ulaşamayacağı bir teşhis şeffaflığı seviyesiyle başarmasıdır. Standart saha ekipmanıyla yüzeyde oluşturulan dinamometre kartı, sorunlar arızaya dönüşmeden önce bakım kararlarına rehberlik eden, kuyu içi pompa davranışına gerçek zamanlı bir pencere açar.
Gaz ağırlıklı, kumlu, ağır petrol içeren, yüksek sıcaklıklı ve derin kuyu uygulamaları için özel pompa tasarımlarının geliştirilmesi, etkili piston kolu kaldırma kapasitesini önemli ölçüde genişletmiştir. Bunlar kademeli iyileştirmeler değil; zorlu kuyu koşullarının standart pompa tasarımlarına getirdiği özel arıza modlarına yönelik, API 11AX ve ISO 9001 standartlarına göre üretilmiş, petrol sahası ekipmanlarında profesyonel kaliteyi tanımlayan amaca yönelik mühendislik çözümleridir.
Pompanın nasıl çalıştığını anlamak – strok döngüsü, valf mekaniği, piston kolu esnekliğinin etkileri, teşhis sinyalleri – pompa seçimi, işletme parametresi optimizasyonu ve bakım planlaması hakkında daha iyi kararlar vermenin temelidir. Bu anlayış, her kuyunun özel koşullarına uygun doğru pompa tasarımına uygulandığında, yıllarca çalışan bir kurulumu aylar içinde arızalanan bir kurulumdan ayıran şeydir.