Na rynku są dostępne dwa rodzaje pomp wgłębnych, które rozróżnia się ze względu na sposób umieszczenia pompy w odwiercie. Na tej podstawie wyróżnia się pompy wgłębne:
rurowe
wypuszczane
Pompy rurowe – ich cechą szczególną jest cylinder, który stanowi przedłużenie rur wydobywczych i jest na stałe z nimi złączony. Jest on zapuszczany na określoną głębokość do odwiertu razem z kolumną rur wydobywczych. Natomiast zawór ssący pompy, czyli stopowy, razem z tłokiem jest zapuszczany do odwiertu na przewodzie pompowym.
Pompy rurowe są w ocenie ekspertów bardziej wydajne od pomp wpuszczanych, dzięki większej średnicy cylindra. Ma to duże znaczenie, szczególnie przy mniejszych skokach tłoka. Natomiast do ich wad zalicza się konieczność wyciągania z odwiertu całej kolumny rur wydobywczych w przypadku awarii (np. zatarcie tłoka, uszkodzenie cylindra).
RWTC - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa z ruchomym cylindrem, zapięcie pierścieniowe,
RWTM - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa z ruchomym cylindrem, zapięcie zatrzaskowe,
THC - rurowa; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym, zapięcie pierścieniowe,
THM - rurowa; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym, zapięcie zatrzaskowe.
Pompy wpuszczane – w tym przypadku cała pompa, zatem cylinder i tłok, są umieszczone w rurach wydobywczych na określonej głębokości. Pompa jest zapuszczana i wyciągana razem z żerdziami pompowymi, po tym, jak została zapuszczona kolumna rur wydobywczych do odwiertu. To oznacza, że średnica cylindra jest mniejsza niż w przypadku pomp rurowych. W związku z tym, żeby zapewnić odpowiednią wydajność, pompy wpuszczane muszą mieć większy skok tłoka.
Pompa jest zapuszczana do wnętrza rur wydobywczych i kotwiczona na spodzie odwiertu w specjalnym zaczepie pompy, zwanym pierścieniem stopowym. Jest on zapuszczany razem z kolumną rur wydobywczych. Można też zamontować taką pompę na dowolnej głębokości odwiertu za pomocą specjalnej kotwicy zaczepianej do rur wydobywczych.
Pompy wgłębne wpuszczane można podzielić za podstawę przyjmując:
sposób przemieszczania się cylindra lub tłoka:
pompy normalne - z ruchomym tłokiem i nieruchomym cylindrem,
pompy odwrócone - z nieruchomym tłokiem i ruchomym cylindrem.
typ zaczepu pompy:
pierścieniowe (manszetowe),
mechaniczne (zatrzaskowe).
uszczelnienie tłoka:
metalowe gładkie z tolerancją pasowania od do cala,
z uszczelnieniem miękkim.
Kolejnym rodzajem pomp wgłębnych są pompy wirowe odśrodkowe. Są to urządzenia z napędem elektrycznym, który jest umieszczony w odwiercie. Wykorzystuje się je do wydobywania ropy naftowej z głębokich odwiertów o dużej wydajności. Zaprezentowany na poniższym rysunku zespół pompowy został zbudowany z silnika elektrycznego, protektora, wgłębnego separatora gazu oraz wielostopniowej pompy wirowej odśrodkowej. Całość jest transportowana do odwiertu w rurach wydobywczych. Zasilanie w energię elektryczną jest prowadzone z powierzchni za pomocą trójfazowego kabla elektrycznego, przymocowanego do rur wydobywczych. Rolą protektora jest w tym układzie utrzymywanie stałego ciśnienia oleju w silniku, co zabezpiecza silnik przed przedostaniem się do niego ropy naftowej.
RzZvIAIXjADtn
Pompy wgłębne śrubowe są uznawane za efektywne w wydobywaniu ropy naftowej o dużej lepkości i gęstości. Stosuje się trzy odmiany takich pomp:
z silnikiem elektrycznym umieszczanym w odwiercie pod poziomem ropy,
z silnikiem elektrycznym umieszczanym na wylocie odwiertu,
z silnikiem hydraulicznym umieszczanym w odwiercie nad pompą śrubową.
Pompy wgłębne śrubowe stosuje się najczęściej do wydobywania ropy z głębokości do , maksymalnie . Taka pompa może uzyskać ciśnienie do . Wydajność takich pomp jest określana w zależności od średnicy rur wydobywczych i średnio może wynosić , a maksymalnie .
Tego typu pompy najczęściej wykorzystuje się do wydobycia ropy zanieczyszczonej piaskiem. Zawartość piasku może wynosić nawet do (Kanada). Pompy wgłębne śrubowe nadają się też do pompowania ropy zawodnionej oraz takiej, która ma wysoki wykładnik gazowy.
RIY9RFAPsV0OJ
RpryhtA52EDqh
Powyższy schemat przedstawia kolejny rodzaj pompy wgłębnej śrubowej z silnikiem elektrycznym, tym razem umieszczonym na powierzchni.
R1demzefrXc0P
Pompy wgłębne hydrotłokowe (hydrauliczne) funkcjonują jako zestawy składające się z silnika hydraulicznego tłokowego i pompy wgłębnej hydrotłokowej. Elementy zestawu są połączone ze sobą wspólnym szkieletem i umieszczane w odwiercie w rurach wydobywczych. Z reguły w użyciu są dwie współśrodkowe kolumny rur, np. i . Na powierzchni znajduje się instalacja, którą wykorzystuje się do zasilania pompy i odbioru wydobywanych cieczy. Ciecz robocza, czyli woda lub odgazowana ropa naftowa, jest pompowana pod odpowiednim ciśnieniem. W odwiercie za pomocą urządzenia suwakowego rozdzielczego jest ona kierowana nad lub pod tłok silnika. W wyniku ruchu posuwisto – zwrotnego tłoka silnika, powodowanego przez ruch tłoka pompy hydrotłokowej, dopływająca do odwiertu ropa, zmieszana z cieczą roboczą, jest wytłaczana na powierzchnię przestrzenią pierścieniową między kolumnami rur wydobywczych.
RwN6dvNrQUlki
Pompy hydrotłokowe stosuje się do wydobywania ropy naftowej z odwiertów głębokich, sięgających nawet , przy współczynniku sprawności pompy osiągającym do .
Pompa wibracyjna działa w oparciu o wykorzystanie energii kolejnych wydłużeń i skurczów kolumny rur wydobywczych. Są one spowodowane działaniem zmiennej siły pochodzącej od wibratora, który jest zamontowany na płycie pompy. Urządzenie jest złożone z kolumny rur wydobywczych. Zawory kulkowe o powiększonej średnicy, takie jak przedstawione na rysunku poniżej, są montowane w złączkach rur wydobywczych. Rury podwiesza się w płycie wibracyjnej, która jest oparta na kilkunastu sprężynach zamontowanych na głowicy kolumnowej odwiertu. Taka konstrukcja wibratora gwarantuje ruch góra‑dół rur wydobywczych z częstotliwością od do drgań na minutę i wartością amplitudy drgań od kilku do kilkunastu milimetrów. Ropa naftowa wskutek drgań kolumny rur wydobywczych i poruszania się kulki w gnieździe przemieszcza się w rurach w kierunku powierzchni.
Jeśli zastosuje się kolumnę rur o średnicy () pompa wgłębna wibracyjna jest w stanie osiągnąć wydajność pompowania do . Te parametry decydują o zastosowaniu pomp wgłębnych wibracyjnych do pompowania ropy z płytkich i średnio głębokich odwiertów, które pozwalają na wydobycie ropy o lepkości do kilkunastu i dają możliwość eksploatacji złóż ropy zapiaszczonej.
Pompy wgłębne żerdziowe wraz z oznaczeniami pomp wgłębnych wg normy API - podział
Pompy żerdziowe wgłębne znajdują zastosowanie na całym świecie. Zgodnie ze specyfikacją American Petroleum Institute, która określa standardy pomp żerdziowych wgłębnych i normę API Spec. 11AX, w której zastosowano umowny system oznakowania.
1
Sposób zapisu oznaczania pompy wgłębnej żerdziowej wg normy API
Typ pompy
Tłok metalowy z cylindrem grubościennym
Tłok metalowy z cylindrem cienkościennym
Tłok z miękkim uszczelnieniem z cylindrem grubościennym
Tłok z miękkim uszczelnieniem z cylindrem cienkościennym
Pompa wpuszczana z ruchomym tłokiem, górnozaczepowa
RHA
RWA
RSA
Pompa wpuszczana z ruchomym tłokiem, dolnozaczepowa
RHB
RWB
RSB
Pompa wpuszczana z ruchomym cylindrem, dolnozaczepowa
RHT
RWT
RST
Pompa rurowa
TH
TP
5
Odczytywanie przykładowego oznaczenia pompy
Oznaczenie pompy do analizy:
Kolejność i ilość cyfr i liter dla oznaczenia zamieszczonego powyżej
Kolejność i ilość cyfr i liter dla oznaczenia zamieszczonego powyżej
pozycja
wartość
Średnica rur wydobywczych:
Średnica wewnętrzna cylindra:
Typ pomp: - rurowa - wypuszczana
Rodziaj cylindra:
dla tłoka stalowego bez uszczelnienia: - grubościenny - cienkościenny
dla tłoka z uszczelnieniem - grubościenny - cienkościenny
Umiejscowienie zaczepu: - góra - dół - dół z ruchomym cylindrem
Rodzaje zaczepu: - pierścieniowy - zatrzaskowy
Długość cylindra (długość mierzona w stopach - ):
Długość tłoka (długość mierzona w stopach - ):
Przykłady oznakowania pompy.
R1TWNRuGe2lcp
Pompa:
TH - rurowa; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym,
TP - rurowa; cylinder grubościenny z tłokiem manszetowym,
RHT - wpuszczana; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa z ruchomym cylindrem,
RWT - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa z ruchomym cylindrem,
RST - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem manszetowym; dolnozaczepowa z ruchomym cylindrem,
RHB - wpuszczana; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa,
RWB - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem metalowym; dolnozaczepowa,
RSB - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem manszetowym; dolnozaczepowa,
RHA – wpuszczana; cylinder grubościenny z tłokiem metalowym; górnozaczepowa,
RWA - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem metalowym; górnozaczepowa,
RSA - wpuszczana; cylinder cienkościenny z tłokiem manszetowym; górnozaczepowa.
Podczas wydobycia ropy naftowej poprzez pompowanie mogą się pojawić następujące trudności:
zgazowanie pompy,
zablokowanie pompy gazem,
nieszczelność zaworu w tłoku pompy,
nieszczelność zaworu stopowego w pompie,
zaparafinowanie rur wydobywczych i przewodu pompowego,
korozja uzbrojenia wgłębnego.
Natomiast do awarii uzbrojenia wgłębnego występującego przy wydobyciu ropy naftowej poprzez pompowanie zaliczymy:
urwanie przewodu pompowego,
urwanie rur wydobywczych,
nieszczelność rur wydobywczych,
uszkodzenie pompy np. zatarcie pompy (piasek).
Każdy z wymienionych problemów, trudności i awarii wymaga specyficznego podejścia i odpowiedniego technicznego rozwiązania. Cześć z tych problemów może zostać rozwiązana poprzez drobne modyfikacje odwiertu, jednak większość trudności i awarii jest usuwana poprzez obróbkę odwiertu.
7
Kontrola pracy pompy wgłębnej
Obciążenia przewodu pompowego i rodzaj ich zmian w czasie pracy pompy wgłębnej są zależne nie tylko od charakteru pracy pompy, ale przede wszystkim od tego, w jakim stanie technicznym są jej elementy. Dlatego podstawą kontroli poprawności cyklu roboczego pompy wgłębnej oraz diagnozy jej stanu technicznego jest pomiar obciążenia przewodu w czasie pracy pompy.
Używa się do tego celu dynamografu pompowego, który mierzy wielkość obciążenia żerdzi dławikowej w trakcie pracy pompy. Za pomocą dynamografu pompowego sporządza się również wykres zmiany obciążenia w funkcji drogi przebytej przez tłok pompy.
Do pomiarów dynamometrycznych stosuje się:
dynamografy pompowe hydrauliczne,
dynamografy pompowe elektryczne.
Dynamograf pompowy hydrauliczny jest zbudowany z:
urządzenia hydraulicznego siłowo – pomiarowego,
urządzenia rejestrującego na bębnie zmianę obciążenia przewodu.
Urządzenie siłowo – pomiarowe jest zainstalowane pomiędzy żerdzią dławikową, zwaną laską pompową, a zawieszeniem przewodu pompowego na wahaczu. Zmiana obciążenia na żerdzi dławikowej powoduje zmianę ciśnienia w układzie hydraulicznym dynamografu. Ciśnienie jest przejmowane przez układ pomiarowy urządzenia rejestrującego, które odnotowuje zmiany ciśnienia, a tym samym obciążenia przewodu na diagramie bębna. Bęben rejestrujący obraca się równocześnie z posuwem napędu pompy, co pozwala na zapis wykresu zamkniętego w funkcji zmian obciążenia w zależności od drogi.
8
Schemat zamontowania dynamometru hydraulicznego na żerdzi dławikowej
RcoDUmRPj1221
Dynamometr pompowy elektryczny jest zbudowany z:
czujnika tensometrycznego,
zestawu rejestrującego.
Czujnik tensometryczny powinien zostać zainstalowany pomiędzy zaciskiem żerdzi dławikowej a zawiesiem żurawia. Sygnał, pochodzący z czujnika, po odpowiednim wzmocnieniu jest kierowany zdalnie do urządzenia rejestrującego. Rejestrator również notuje wykres zmiany obciążenia w zależności od drogi przemieszczenia żerdzi dławikowej.
9
Schemat elektrycznego układu dynamometrycznego
R1POLCRLS4Lwd
Dzięki wykorzystaniu właściwości dynamometru pompowego, można uzyskać dwa rodzaje wykresów dynamometrycznych pracy pompy wgłębnej. Jeden z nich obrazuje obciążenia przewodu w zależności od pozycji żerdzi dławikowej. Na drugim wykresie możemy obserwować obciążenia przewodu w zależności od położenia tłoka pompy wgłębnej. Porównanie obydwu diagramów do wykresów wzorcowych pozwala otrzymać informacje na temat warunków pracy i stanu technicznego pompy. Natomiast interpretacja zapisów dynamografów pompowych pozwala na określenie statycznego i dynamicznego obciążenia na poruszającą się żerdź dławikową, jakie ma miejsce w dowolnej fazie pracy pompy żerdziowej. Taki wykres pozwala też uzyskać informacje o charakterystyce pompowania ropy naftowej i objętości pompowanej ropy, jak również o stanie zaworów pompy i ich pracy, zużyciu cylindra i tłoka pompy, o utracie szczelności rur wydobywczych, o zerwaniach przewodu itp.
Wykres przedstawiający prawidłową pracę pompy ma kształt zbliżony do równoległoboku. Ze względu na drgania przewodu pompowego, który przemieszcza się w odwiercie ruchem ze zmienną prędkością, boki tworzą linię pofalowaną. Nie zawsze jednak prawidłowa ocena układu pompowego na podstawie kształtu dynamografu jest możliwa. Utrudniają ją lub uniemożliwiają duża głębokość odwiertu, silne objawy gazowe i szybko pracujące napędy pomp wgłębnych żerdziowych.