Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
E-materiały do kształcenia zawodowego

E‑book do e‑materiału Obsługa odwiertów eksploatacyjnych

GIW.01. Eksploatacja otworowa złóż - Technik górnictwa otworowego 311702

bg‑gold

Budowa i wyposażenie głowic eksploatacyjnych odwiertów samoczynnych i pompowanych

E‑BOOK

82

Spis streści

Uzbrojenie wgłębne odwiertu pompowanego

1

Pompowanie ropy z odwiertu

Jeżeli ciśnienie gazu towarzyszącego ropie jest zbyt niskie lub ilość wolnego gazu jest zbyt mała nie jest możliwa eksploatacja samoczynna ropy naftowej. Ciśnienie złożowe wystarczy jedynie na podniesienie słupa ropy w odwiercie na pewną wysokość. Jest to tzw. poziom statyczny. Aby była możliwa eksploatacja ropy jednym ze sposobów jest zapuszczenie do odwiertu pompy wgłębnej rurowej tłokowej napędzanej z powierzchni przy użyciu indywidualnego żurawia pompowego lub też kiwonu napędzanego grupowo z kieratu pompowego.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

2

Podział mechanicznych metod wydobycia węglowodorów

  1. Eksploatacja za pomocą pomp wgłębnych:

    1. z silnikiem na powierzchni

      • pompy wgłębne żerdziowe – SRP (Sucker Rod Pumps)

      • pompy wibracyjne

      • pompy śrubowe – PCP (Progressive Cavity Pump)

    2. z silnikiem w odwiercie

      • pompy odśrodkowe z silnikiem elektrycznym – ESP (Electric Submersible Pumps)

      • pompy hydro tłokowe – HP (Hydraulic Pumps)

  2. Eksploatacja za pomocą sprężonego gazu:

    1. gazodźwig sprężarkowy – GL (Gas Lift)

    2. gazodźwig sprężarkowy z komorą wymiany (pompa wyporowa)

    3. gazodźwig nurnikowy – PL (Plunger Lift)

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

3

Eksploatacja za pomocą pompy wgłębnej żerdziowej

R1ZIb72vK0xSY1
Na rysunku widać kolorowy diagram kołowy przedstawiający procentowy udział metod mechanicznych eksploatacji ropy naftowej na świecie.
Po naciśnięciu danej części diagramu podświetla się odpowiadający mu kolor wraz z tekstem opisującym udział procentowy danej metody eksploatacji oraz ilości zastosowanych urządzeń. Wyświetlany tekst, za wyłączeniem ilości urządzeń, widoczny jest zarówno w legendzie wykresu jak również rozmieszczony jest dodatkowo po obwodzie okręgu. Przedstawiony w tekście udział procentowy określa jaką część stanowi dana metoda pośród wszystkich dostępnych metod eksploatacji
Największą część wykresu kołowego zajmującą pierwszą, drugą i prawie całą trzecią ćwiartkę koła, stanowi kolor niebieski. Kolorowi niebieskiemu odpowiada czarny tekst: za pomocą pomp wgłębnych żerdziowych, 71%co stanowi 590720 urządzeń.
Dopełnienie trzeciej ćwiartki i nieznaczna część ćwiartki czwartej koła stanowi kolor zielony. Przypisany jest mu tekst: za pomocą sprężonego gazu, 8% co stanowi 66560 urządzeń.
Największą część w ćwiartce czwartej koła stanowi kolor pomarańczowy któremu odpowiada czarny tekst : za pomocą pomp odśrodkowych z silnikiem elektrycznym w odwiercie, 14% co stanowi 116480 urządzeń.
Uzupełnienie wykresu to kolor żółty któremu odpowiada czarny tekst: pozostałe, 7% co stanowi 58240 urządzeń.
Poniżej wykresu znajduje się legenda w postaci kolorowych kwadratów z przypisanym po prawej stronie kwadratu tekstem:
  • Niebieski kwadrat, za pomocą pomp wgłębnych żerdziowych, 71%.
  • Zielony kwadrat, za pomocą sprężonego gazu, 8%.
  • Pomarańczowy kwadrat, za pomocą pomp odśrodkowych z silnikiem elektrycznym w odwiercie, 14%.
  • Żółty kwadrat, pozostałe, 7%.
Procentowy udział metod mechanicznych eksploatacji ropy naftowej na świecie.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zarówno w świecie jak i w Polsce w zdecydowanej większości odwiertów ropy naftowej eksploatacja odbywa się poprzez pompowanie przy użyciu pomp wgłębnych żerdziowych. Metoda ta charakteryzuje się niezależnością od systemów naziemnych, nieskomplikowanym i szybkim montażem, długim okresem użytkowania, stosunkowo wysokim ogólnym współczynnikiem sprawności wolumetrycznej oraz niskimi kosztami remontu pomp wgłębnych. Do wad tej metody można zaliczyć ograniczenie wydajności z odwiertu i głębokości pompowania ze względu na wytrzymałość przewodu pompowego, a także duży nakład pracy przy wymianie pompy, z powodu konieczności stosowania wyciągów wiertniczych. W skład uzbrojenia wgłębnego odwiertu eksploatującego ropę naftową przy użyciu pompy wgłębnej żerdziowej, oprócz rur okładzinowych, wchodzi:

  1. żerdź dławikowa (laska pompowa)

  2. wieszak rur wydobywczych

  3. rury wydobywcze wraz z łącznikami

  4. echolokator (opcjonalnie)

  5. kotwica do rur wydobywczych

  6. żerdzie pompowe wraz z łącznikam

  7. centralizatory żerdzi pompowych

  8. obciążniki żerdzi pompowych (opcjonalnie

  9. pompa wgłębna żerdziowa (wpuszczana lub rurowa)

  10. zaczep pompy (w przypadku gdy jest to pompa wpuszczana)

  11. degazator (opcjonalnie)

  12. sito

Schemat uzbrojenia wgłębnego odwiertu pompowanego przy użyciu pompy wgłębnej żerdziowej
RRAhFM3lgFqPu
Schemat uzbrojenia wgłębnego odwiertu pompowanego przy użyciu pompy wgłębnej żerdziowej.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Pompy żerdziowe wgłębne tłokowe

Największe znaczenie przy wydobywaniu ropy naftowej poprzez pompowanie, mają pompy wgłębne tłokowe żerdziowe. Napędzane są silnikiem elektrycznym umieszczonym na powierzchni. Napęd z silnika przekazywany jest do pompy za pomocą żurawia pompowego lub układu kieratowego, a następnie poprzez przewód pompowy umieszczony w rurach wydobywczych. Ze względu na sposób umieszczenia pompy w odwiercie wyróżnia się dwa rodzaje pomp wgłębnych:

  • pompy rurowe – T,

  • pompy wpuszczane – R.

Schemat odwiertu z pompą wgłębną tłokową
R1a9U0JJ5gL0y
Schemat odwiertu z pompą wgłębną tłokową
1 – złoże ropy naftowej,
2 – kotwica rur wydobywczych,
3 – pompa wgłębna,
4 – rury wydobywcze,
5 – głowica odwiertu,
6 – odpływ ropy,
7 – przewód pompowy,
8 – żuraw pompowy,
9 – silnik napędowy,
10 – przeciwwaga żurawia,
11 – pociągacze,
12 – wahacz żurawia zakończony tzw. końskim łbem.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pompy rurowe – charakteryzują się tym, że cylinder pompy stanowi nierozłączną część z rurami wydobywczymi i zapuszczany jest na określoną głębokość do odwiertu razem z kolumną rur wydobywczych. Cylinder stanowi niejako przedłużenie rur wydobywczych. Zawór stopowy jest zapuszczany do odwiertu będąc przymocowany do spodu tłoka, za pomocą zaczepu zaworu stopowego lub bezpośrednio wrzucony do rur wydobywczych. Gdy zawór stopowy osiągnie łącznik posadowy, jest w nim mocowany za pomocą mechanicznego zatrzasku lub dzięki sile tarcia pierścieni mocujących. Tłok zostaje odłączony od zaworu stopowego poprzez obrót żerdziami pompowymi w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara. Następnie tłok zostaje podniesiony tak, aby w najniższym punkcie skoku nie dotykał zaworu stopowego. Dokładne pozycjonowanie tłoka następuje poprzez regulację zamocowania ścisku na lasce pompowej. Pompy rurowe charakteryzują się większą wydajnością od pomp wpuszczanych, ponieważ posiadają większą średnicę cylindra, co ma duże znaczenie, zwłaszcza przy mniejszych skokach tłoka. Wadą jest to, że w przypadku awarii (zatarcie tłoka, uszkodzenie cylindra) konieczne jest wyciąganie z odwiertu całej kolumny rur wydobywczych.

Ze względu na sposób uszczelnienia tłoka względem cylindra pompy rurowe można podzielić na:

  • wykonane z tłokiem bez dodatkowego uszczelnienia.

  • wykonane z dodatkowym uszczelnieniem tłoka, które może mieć postać: wielowypustowych pierścieni uszczelniających z mas plastycznych lub manszetów umieszczonych na tłoku pompy

Schemat pompy rurowej z tłokiem gładkim (THC)
R3e9oNBq4Vz2n
Schemat pompy rurowej z tłokiem gładkim (THC)
1 – górny zawór tłokowy,
2 – tłok metalowy gładki,
3 – dolny zawór tłokowy,
4 – tuleja łącznikowa zaworu stopowego
5 – zawór stopowy,
6 – pierścień oporowy,
7 – zaczep zaworu stopowego,
8 – łącznik dolny,
9 – cylinder,
10 – łącznik górny,
11 – złączka mufowa.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Schemat pompy rurowej z tłokiem z uszczelnieniem (TPC)
R4XDd4tYxdAKy
Schemat pompy rurowej z tłokiem z uszczelnieniem (TPC)
1 – górny zawór tłokowy,
2 – tłok z uszczelnieniem,
3 – dolny zawór tłokowy,
4 – tuleja łącznikowa zaworu stopowego,
5 – zawór stopowy,
6 – pierścień oporowy,
7 – zaczep zaworu stopowego,
8 – łącznik dolny,
9 – cylinder,
10 – łącznik górny,
11 – złączka mufowa.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pompy wpuszczane – charakteryzują się tym, że cała pompa, a więc cylinder wraz z tłokiem umieszczone są w rurach wydobywczych na określonej głębokości. Zapuszczanie i wyciąganie pompy wpuszczanej następują razem z żerdziami pompowymi, po zapuszczeniu kolumny rur wydobywczych. W związku z tym średnica cylindra jest odpowiednio mniejsza niż dla pomp rurowych, a zatem dla zapewnienia odpowiedniej wydajności muszą posiadać większy skok tłoka. Po zapuszczeniu pompy do wnętrza rur wydobywczych jej zakotwiczenie następuje na spodzie odwiertu w specjalnym zaczepie pompy (łącznik posadowy), który jest zapuszczany razem z kolumną rur wydobywczych.

W zależności od warunków otworowych oraz preferencji użytkownika łącznik może być zatrzaskowy lub pierścieniowy. Kompletna pompa wraz z urządzeniem mocującym, pasującym do konkretnego typu łącznika zostaje zapuszczona na żerdziach pompowych do odwiertu. Gdy pompa zostanie zapięta w łączniku posadowym tłok zostaje wypozycjonowany możliwie najbliżej spodu przy pomocy żerdzi manipulacyjnych. Dokładna regulacja zostaje przeprowadzona za pomocą ścisku laski pompowej. Szczególnie w odwiertach z dużą ilością gazu jest bardzo ważne, aby tłok zawiesić jak najniżej tak, aby zmniejszyć przestrzeń martwą cylindra do minimum. Zasada działania pompy wpuszczanej jest identyczna jak rurowej.

Możliwe jest również zamontowanie pompy w dowolnej głębokości przy pomocy specjalnej kotwicy zapinanej w rurach wydobywczych.

Wyróżnia się trzy typy pomp wpuszczanych:

  • z ruchomym cylindrem dolnozaczepowa (typ RWT, RHT lub RST)

  • z ruchomym tłokiem dolnozaczepowa (RWB, RHB lub RSB),

  • z ruchomym tłokiem górnozaczepowa (RWA, RHA lub RSA).

Schemat pompy wpuszczanej (RHAC)
R4R4r4pRA5H4y
Schemat pompy wpuszczanej - RHAC
1 – prowadnik żerdzi,
2 – tuleja zaczepu,
3 – pierścień wciskowy,
4 – tuleja dystansowa,
5 – nakrętka,
6 – łącznik cylindra,
7 – łącznik górny,
8 – cylinder,
9 – łącznik dolny,
10 – obudowa zaworu stopowego,
11 – gniazdo i kula,
12 – złączka zfazowana,
13 – złączka żerdzi,
14 – łącznik,
15 – obudowa górna tłoka,
16 – tłok,
17 – obudowa zaworu tłoka,
18 – tuleja dociskowa.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Schemat pompy wpuszczanej dolnozaczepowej (RHBC)
RrmQPCg67zWcE
Schemat pompy wpuszczanej dolnozaczepowej - RHBC
1 – prowadnik żerdzi,
2 – łącznik cylindra,
3 – łącznik górny,
4 – cylinder,
5 – łącznik dolny,
6 – obudowa zaworu stopowego,
7 – gniazdo i kula,
8 – tuleja zaczepu,
9 – pierścień wciskowy,
10 – tuleja dystansowa zaczepu,
11 – nakrętka,
12 – złączka zfazowana,
13 – złączka żerdzi,
14 – łącznik,
15 – obudowa górna tłoka,
16 – tłok,
17 – obudowa zaworu tłoka,
18 – tuleja dociskowa.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

4

Żerdzie dławikowe

Żerdź dławikowa nazywana również potocznie laską pompową stanowi górny odcinek przewodu pompowego uszczelniony na głowicy eksploatacyjnej za pomocą głowiczki pompowej. Połączona jest od góry za pomocą cięgna z wahaczem żurawia pompowego, natomiast w dolnej części dokręcona jest do pierwszej żerdzi pompowej lub manipulaka. Żerdzie dławikowe narażone są na największe obciążenia, na działanie korozji w styczności ropy, solanki z powietrzem, a także na dodatkowe obciążenie boczne występujące wskutek nieosiowego ustawienia łba wahacza żurawia pompowego.

Dobierając laskę pompową należy wybrać:

  • odpowiednią średnicę i gatunek materiału, które pozwolą przenieść obciążenia całej kolumny żerdzi pompowych,

  • rodzaj jej powierzchni, który uwzględni odporność na korozję i ścieranie,

  • długość, która powinna uwzględniać wartość skoku tłoka pompy wgłębnej oraz możliwość płynnej regulacji jego ustawienia.

Przez wiele lat w polskim górnictwie naftowym stosowane były żerdzie dławikowe o średnicach 30, 32, 3845 mm oraz długości 3, 4, 56 m. Obecnie w odwiertach ropnych pompowanych stosowane są żerdzie dławikowe wykonane według normy API.

Żerdzie dławikowe wykonane są z różnych gatunków materiałów odpowiednio obrobionych cieplnie (utwardzanych), polerowanych oraz pokrywanych powłokami ochronnymi bardziej odpornymi na ścieranie i korozję chemiczną.

RIT1Ci59ClSaK
Żerdzie dławikowe.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

5

Żerdzie pompowe

Żerdź pompowa jest to stalowy okrągły pręt zaopatrzony na końcach w połączenia gwintowe, stanowiący element przewodu pompowego do przenoszenia ruchu z powierzchni do pompy wgłębnej. Przez wiele lat w polskim górnictwie naftowym stosowane były żerdzie pompowe o długości 11,5 m i średnicach: 16, 18, 2226 mm, łączone bezpośrednio za pomocą połączenia stożkowego czop – mufa lub za pomocą złączki.

Rtb2j6loydwwt
Żerdź pompowa.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na zdjęciu przedstawiono część żerdzi pompowej w postaci pręta okrągłego pełnego, którego koniec został obrobiony w taki sposób, że przed złączem gwintowym jest pręt stoczony w czworokąt, który ułatwia montaż żerdzi.

Obecnie żerdzie pompowe stosowane w odwiertach ropnych pompowanych wykonywane są według normy API, która określa kryteria podziałów ze względu na:

  • sposób wykonania zakończeń żerdzi,

  • materiały z jakich są wykonane,

  • wymiary.

Żerdzie pompowe ze względu na sposób wykonania zakończeń dzielimy na dwie grupy:

  • jednolite, której pręt oraz zakończenia w postaci czopa lub mufy stanowią nierozłączną całość, przy czym zakończenia żerdzi mogą być formowane przy pomocy kucia, spawania lub zgrzewania,

  • trójdzielne, której zakończenia w postaci czopa lub mufy osadzone są na pręcie przy pomocy połączeń gwintowych.

Długości żerdzi pompowych wykonywanych wg normy API:

  1. długich:

  • 25 ft stopa-7,62 m

  • 30 ft stopa-9,14 m

  1. krótkich (tzw. manipulaków)

R1V24nMCFd1QX
Żerdź pompowa.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na zdjęciu przedstawiono część żerdzi pompowej. Zbliżono jej łączenie. Wykonane w postaci dwóch połączonych ze sobą żerdzi za pomocą połączenia gwintowego, znajdującego się na środku - tak zwaną mufę.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

6

Obciążniki żerdziowe

Obciążniki żerdziowe zapewniają obciążenie przewodu pompowego powyżej pompy wgłębnej, w celu utrzymania tego przewodu prostego i napiętego. Ma to na celu zabezpieczenie żerdzi pompowych lub tłoka pompy wgłębnej przed wykrzywieniem lub wygięciem.

Rn6VFld0tyb0S
Obciążnik żerdziowy.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na zdjęciu przedstawiono część obciążnika linowego. Wykonany jest z pełnego pręta, zakończony połączeniem gwintowym, które poprzedza stoczony w prostokąt pręt.

RIHD6cdVHQRJ6
Obciążniki żerdziowe.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na zdjęciu przedstawiono pięć obciążników żerdziowych w całości, jeden nad drugim. Z lewej strony obciążników znajduje się mufa, natomiast z prawej - gwint.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści