Zarówno w świecie jak i w Polsce w zdecydowanej większości odwiertów wydobywających ropę naftową, 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.
Pompy wgłębne tłokowe żerdziowe, które służą do wydobywania ropy naftowej zarówno z odwiertów płytszych, jak i z większych głębokości, napędzane są silnikiem elektrycznym lub spalinowym umieszczony jest 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.
RX259FrPRhfbO
Ilustracja przedstawia biało granatowy schemat odwiertu z pompą wgłębną tłokową żerdziową. Ropa za pomocą tego urządzenia zostaje wydobyta poprzez stworzenie różnicy ciśnień. Pompy takie jak na schemacie są napędzane silnikiem elektrycznym. U samego dołu schematu znajduje się złoże ropy naftowej, jest ono przedstawione jako poziomy prostokąt, a według legendy przypisany ma numer . W środku tego prostokąta aż do samej powierzchni znajduje się kolejny prostokąt w orientacji pionowej. U dołu pionowego prostokąta znajduje się kotwica rur wydobywczych oznaczona numerem . Jest to mały granatowy prostokąt tuż nad złożem. Od kotwicy do samej góry odwiertu znajduje się mniejszy biały prostokąt przedstawiający rury wydobywcze oznaczone numerem . W rurach wydobywczych znajduje się element oznaczony numerem o nazwie pompa wgłębna. Na schemacie pompa wgłębna przedstawiona jest jako zaokrąglony prostokąt z szczękami, przypominającymi szczęki kombinerek, u dołu. W zaokrąglonym prostokącie znajduje się taki sam kształt odpowiednio zmniejszony. Tuż nad powierzchnią znajduje się głowica odwiertu oznaczona numerem . Na schemacie jest to pionowy prostokąt lekko pogrubiony w górnej części, a z jego lewej strony wystaje prostokątna rura z zaworem u góry, o numerze . Numer według legendy opisany jest jako odpływ ropy. Pompa wgłębna połączona jest z łbem wahacza za pomocą przewodu pompowego, przedstawionego jako prosta linia o numerze . Głównym elementem schematu znajdującym się na powierzchni jest żuraw. U samej góry znajduje się wahacz żurawia zakończony tak zwanym końskim łbem. Wahacz oznaczony jest numerem . Z lewej strony wahacza znajduje się jego łeb. W środkowej części wahacza znajduje się jego połączenie z ramą nośną w kształcie dużej litery A. Prawa strona wahacza połączona jest z elementem numer jakim według legendy są pociągacze. Pociągacze na schemacie są jako łożysko razem z prostokątem w kolorze biało granatowym. U dołu pociągaczy znajdują się dwa trójkąty z numerem . Są to przeciwwagi żurawia. Przymocowane są do krótkiego ramienia wychodzącego z mechanizmu żurawia, który przedstawiony jest jako zaokrąglony prostokąt umiejscowiony na skrzyni w kształcie trapezu. Po lewej stronie od skrzyni znajduje się rama nośna. Na prawo zaś znajduje się element z numerem . Jest to silnik napędowy. Składa się on z małego prostokąta przy podstawie, koła oraz pofalowanego prostokąta skierowanego w lewy górny róg. Rama nośna oraz skrzynia w kształcie trapezu opisana jest numerem o nazwie żuraw pompowy. Pod schematem znajduje się legenda.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Obciążenia przewodu pompowego w trakcie pompowania odwiertu oraz charakter zmian w czasie pracy pompy wgłębnej zależne są nie tylko od charakteru pracy pompy, ale także od stanu technicznego jej elementów. Dlatego też pomiar obciążenia przewodu w czasie pracy pompy może służyć za podstawę dla kontroli prawidłowości przebiegu cyklu roboczego pompy wgłębnej oraz oceny jej stanu technicznego. Przyrządem, który służy do tego celu jest dynamograf pompowy. Mierzy on wielkość obciążenia żerdzi dławikowej w trakcie pracy pompy oraz sporządza wykres zmiany obciążenia w funkcji drogi przebytej przez tłok pompy. Wykres taki, w postaci krzywej zamkniętej, nazywamy dynamogramem pompowym.
R1SFR5n9nh75s
Na rysunku przedstawionych jest wykresów – pierwsze dwa wiersze po wykresy, w wierszu widoczne wykresy. Rysunek przedstawia przykładowe wykresy dynamografu pompowego. Nad każdym z wykresów widoczna litera odnosząca się do legendy – od a do h. Na wszystkich wykresach oś pionowa opisana jest literą P oznaczającą obciążenie żerdzi dławikowej w trakcie pracy pompy, a oś pozioma opisana jest literą S oznaczającą skok obciążenia w funkcji drogi przebytej przez tłok pompy. Osie nie mają podziałek ani zaznaczonych wartości. Na środku każdego z wykresów zaznaczony jest czarną przerywaną linią romb pochylony w stronę prawą. Na pierwszym rysunku w górnym wierszu od strony lewej, oznaczonym literą a, widoczna jest czerwona zamknięta linia o nieregularnym kształcie wodząca po obrysie rombu – schemat ten przedstawia prawidłową pracę pompy. Drugi rysunek w górnym wierszu, oznaczony literą b, wskazuje na cztery różnokolorowe linie – czerwoną, pomarańczową, niebieską i fioletową, gdzie linia czerwona jest zamkniętym wąskim obrysem w początkach przeciwległych krańców rombu – od lewej stron od dolnego krańca, a od prawej strony od górnego krańca. Pozostałe linie powiększają swój obszar i stają się coraz bardziej zbliżone do kształtu rombu – zwiększają się w kolejności pomarańczowa, niebieska i fioletowa. Wykres ten przedstawia okresowe nagłe dopływy gazu ze złoża pod wysokim ciśnieniem. Trzeci rysunek od prawej w górnym wierszu, oznaczony literą c, zawiera czerwoną zamkniętą linię, wydłużoną w kierunku poziomym, usytuowaną poziomo na wysokości około wysokości rombu mierząc od dolnej jego krawędzi. Wykres ten przedstawia pompę pracującą półsamoczynnie. Pierwszy wykres od lewej strony w drugim od góry wierszu, oznaczony literą d, zawiera dwie linie - czerwoną zamkniętą linię zbliżoną do obrysu rombu, gdzie prawy bok jest zbliżony do pionu, zaś lewy ma większy kąt niżeli romb. Druga krzywa zamknięta pomarańczowa okala lewy zarys krzywej czerwonej. Wykres ten przedstawiam wycieki po stronie tłoczącej. Drugi rysunek od lewej w drugim wierszu od góry, oznaczony literą e, przedstawia linie zamknięte, wszystkie niebieskiego koloru, których lewa strona kształtem zbliżona jest do lewej strony rombu, górna część sinusoidalnie schodzi poniżej górną prawą krawędź rombu, zaś każda z linii tworzy w tej części przewężenie, aby potem rozszerzyć się w dół aż do dolnej krawędzi rombu poczynając od połowy długości dolnej krawędzi rombu, przy czym każda z kolejnych linii oznaczonych kropkami i cyframi , , , rozszerzają się coraz bliżej lewej krawędzi rombu. Wykres ten przedstawiam dopływ ropy ze złoża mniejszy od wydajności pompowania. Trzeci wykres w drugim od góry wierszu, oznaczony literą f, zawiera czerwoną zamkniętą linię, wydłużoną poziomu, na szerokość zbliżoną do rombu wykraczającą poza niego po prawej stronie, zlokalizowaną na wysokości dolnej krawędzi rombu. Wykres ten przedstawia całkowite uszkodzenie zaworu tłoczącego. Pierwszy od lewej wykres w trzecim od góry wierszu, oznaczony literą g, przedstawia zamkniętą linię czerwoną, zbliżoną kształtem to rombu gdzie z lewej strony jest ona poszerzona poza obrys rombu, zaś prawa górna część zwęża się od dołu, od połowy szerokości rombu, aż do górnej prawej krawędzi. Wykres ten przedstawia wyciek po stronie ssącej. Drugi od lewej strony wykres w trzecim od góry wierszu, oznaczony literą h, zawiera czerwoną zamkniętą linię, wydłużoną poziomo, na szerokość zbliżoną do rombu wykraczającą poza niego po lewej stronie, zlokalizowaną na wysokości górnej krawędzi rombu. Wykres ten przedstawia całkowitą nieszczelność zaworu ssącego.
Przykładowe wykresy dynamografu pompowego: a) prawidłowa praca pompy, b) okresowe nagłe dopływy gazu ze złoża pod wysokim ciśnieniem, gdzie widoczny jest pierwszy z kolejnych skoków tłoka pompy wgłębnej żerdziowej w małym stopniu wypełnionej płynem złożowym przy zwiększonym dopływie gazu ziemnego ze złoża pod wysokim ciśnieniem; kolejne skoki (, , ) tłoka pompy wgłębnej żerdziowej wskazują na wzrostowe wypełnianie pompy płynem złożowym przy zmniejszonym dopływie gazu ziemnego c) półsamoczynna praca pompy, d) wycieki po stronie tłoczącej w związku z chwilową nieszczelnością zaworu tłoczącego (, ) podczas ruchu tłoka do góry w wyniku drgań pompy wgłębnej żerdziowej na skutek udarów gazu ziemnego dopływającego ze złoża e) dopływ ropy ze złoża mniejszy od wydajności pompowania, gdzie pierwszy () z kolejnych skoków tłoka pompy wgłębnej żerdziowej wskazuje na spompowanie płynu złożowego w odwiercie przy wysokiej sprawności pracy pompy i niewystarczającym dopływie płynu złożowego do odwiertu; kolejne skoki (, , ) tłoka pompy wgłębnej żerdziowej wskazują natomiast na kończący się płyn złożowy w odwiercie i konieczność wyłączenia napowierzchniowego urządzenia pompowego w celu umożliwienia dopływu płynu do odwiertu, f) całkowite uszkodzenie zaworu tłoczącego, g) wycieki po stronie ssącej, h) całkowita nieszczelność zaworu ssącego.
Przerywaną linią zaznaczono teoretyczny wykres prawidłowej pracy tłoka pompy.
Kolorowymi liniami zaznaczono rzeczywiste wykresy pracy tłoka pompy w przedstawionych sytuacjach. Oznaczenia: – skok obciążenia w funkcji drogi przebytej przez tłok pompy, – obciążenie żerdzi dławikowej w trakcie pracy pompy.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.