مقدمه
هر پمپ میلهای مکنده که به بهرهبرداری میرسد، یک شمارش معکوس را آغاز میکند. از لحظهای که شروع به چرخش در داخل چاه میکند - معمولاً بین ۶ تا ۲۰ ضربه در دقیقه، ۲۴ ساعت شبانهروز - اجزای آن با نرخهایی که توسط شرایط چاهی که در آن فعالیت میکنند تعیین میشود، دچار سایش، خستگی و آسیب خوردگی میشوند. برای مهندسان تولید و تیمهای عملیاتی، درک اینکه کدام قطعات سریعتر فرسوده میشوند، چرا در الگوهای خاصی فرسوده میشوند و چه کاری میتوان برای افزایش عمر مفید آنها انجام داد، دانش آکادمیک نیست. این پایه عملی مدیریت هزینه فرازآوری مصنوعی است.
جنبه اقتصادی قابل توجه است. وقتی یک پمپ میلهای مکنده زودتر از موعد از کار میافتد، شما فقط یک پمپ را تعویض نمیکنید. شما هزینه تعمیراتی را پرداخت میکنید که بسته به عمق چاه، موقعیت مکانی و در دسترس بودن دکل، میتواند از 30،000 تا 100،000 دلار یا بیشتر هزینه داشته باشد. شما در طول دوره تعمیرات، تولید را از دست میدهید. و اگر حالت خرابی از طریق مشخصات بهتر قطعات قابل پیشبینی و پیشگیری بود، هزینهای کاملاً غیرضروری پرداخت کردهاید.
این راهنما مکانیک داخلی ... را پوشش میدهد.پمپ میله ای مکندهسایش در عمق عملیاتی - کدام اجزا ابتدا دچار خرابی میشوند، مکانیسمهای فیزیکی که باعث خرابی میشوند، چگونه شرایط مختلف چاه الگوهای خاص سایش را تسریع میکنند، و چه طراحی اجزا و ارتقاء موادی برای تغییر توالی خرابی در دسترس است. ما از تجربیات میدانی مستند شده در انجمنهای صنعتی، بحثهای مهندسی از جوامع مهندسی نفت ردیت و موضوعات فناوری میدان نفتی کورا و دانش فنی در سطح سازنده در مورد نحوه ساخت پمپها برای درک چگونگی خرابی آنها استفاده کردهایم.
هدف این است که چارچوب تشخیصی و دانش مواد را در اختیار شما قرار دهد تا در مورد مشخصات پمپ، فواصل نگهداری و تعویض قطعات تصمیمات بهتری بگیرید - تصمیماتی که مستقیماً بر هزینه بالابری مصنوعی شما به ازای هر بشکه تأثیر میگذارند.
درک پمپ میلهای مکنده به عنوان یک سیستم سایشی
قبل از بررسی تک تک اجزا، بهتر است پمپ میلهای مکنده را به عنوان یک سیستم مکانیکی کامل تحت فشار مداوم در نظر بگیریم. هر جزء در پمپ در معرض ترکیبی از چهار مکانیسم تخریب قرار دارد:
سایش ساینده: حذف فیزیکی مواد سطحی توسط ذرات سختتر - عمدتاً ماسه سازند - که تحت فشار بر روی سطوح قطعات حرکت میکنند.
سایش چسبنده: انتقال مواد بین دو سطح در تماس لغزشی هنگامی که لایه روانکننده بین آنها از بین میرود. در پمپهای بشکهای و پیستونی، خود سیال تولید شده به عنوان روانکننده عمل میکند - خواص سیال (ویسکوزیته، روانکاری، میزان آب) مستقیماً بر میزان سایش چسبنده تأثیر میگذارد.
سایش خورنده: حمله شیمیایی سطوح قطعات توسط اجزای سیال تولید شده - در درجه اول گازهای محلول (H₂S، شرکت₂)، آب سازند (اغلب بسیار شور) و اسیدهای آلی که گاهی اوقات در نفت خام وجود دارند. سایش خورنده سطوح مواد را حل یا تضعیف میکند و آنها را در برابر مکانیسمهای سایش و چسبندگی بعدی حساستر میکند.
شکست خستگی: چرخههای تنش مکرر - هر ضربه پمپ بارهای فشاری و کششی را به اجزا اعمال میکند - در نهایت باعث ایجاد و گسترش ترک در ماده میشود. شکست خستگی تابعی از دامنه تنش، تعداد چرخهها و کیفیت ماده است.
در یک پمپ میلهای مکنده با مشخصات مناسب که در شرایط تمیز و معتدل کار میکند، هر چهار مکانیسم به آرامی کار میکنند. در پمپهای با مشخصات نامناسب یا پمپهای استاندارد در شرایط سخت، یک یا چند مکانیسم به طور چشمگیری شتاب میگیرند - که باعث خرابی زودهنگام اجزا میشود.
زوج سایشی اصلی: پیستون و بدنه پمپ
سطح تماس پیستون با بدنه، محل سایش با بالاترین پیامد در یک پمپ میلهای مکنده است. پیستون در هر سیکل حرکتی - هزاران سیکل در روز - درون بدنه پمپ رفت و برگشت میکند، در حالی که فاصله مجاز نزدیک بین آنها، اختلاف فشاری را که باعث عملکرد پمپ میشود، حفظ میکند.
چرا رابط پیستون-بشکه فرسوده میشود؟
سطح پیستون و لولهی سیلندر در تمام طول پیستون در هر لحظه از کار در تماس نزدیک با هم هستند. فضای خالی بین آنها - که از 0.0005" در محکمترین کلاس انطباق رابط برنامهنویسی کاربردی تا 0.0025" در شلترین حالت متغیر است - فضا نیست. این فضا با سیال تولید شده پر شده است که همزمان به عنوان آببندی فشار و لایهی روانکننده از تماس مستقیم فلز با فلز جلوگیری میکند.
وقتی این لایه سیال به اندازه کافی باشد - سیال روانکار تمیز با ویسکوزیته مناسب - نرخ سایش در سطح تماس پیستون و بدنه پایین است و پمپ برای طول عمر مفید طراحی شده خود کار میکند. وقتی این لایه سیال پاره شود - توسط ذرات شن که فاصله را پر میکنند، توسط حبابهای گاز که مناطق تماس خشک ایجاد میکنند، توسط اجزای خورنده سیال که به سطوح فلزی حمله میکنند - سایش به سرعت افزایش مییابد.
تحلیل الگوی سایش: شکست چگونه به نظر میرسد؟
سایش یکنواخت لوله: هنگامی که سایش به طور مساوی در اطراف محیط لوله و در امتداد طول لوله توزیع میشود، علت آن معمولاً سایش عمومی ناشی از ذرات کوچک شن یا سایش چسبنده ناشی از روانکاری ناکافی سیال است. این الگو به تدریج پیشرفت میکند - با باز شدن فاصله بین پیستون و لوله، راندمان حجمی به آرامی کاهش مییابد، کاهش تولید روی کارت پمپ قابل اندازهگیری است و پمپ معمولاً قبل از خرابی هشدار کافی میدهد.
سایش موضعی لوله (شیارگذاری): شیارگذاری - شیارهای عمیق و جهتدار ایجاد شده در لوله - نشان دهنده یک رویداد خاص خرابی است و نه پیشرفت تدریجی سایش. ذرات بزرگ شن که در فضای خالی گیر افتادهاند، یا تماس پیستون با دیواره لوله به دلیل عدم تراز، باعث ایجاد شیارهایی میشوند که به سرعت سطح آببندی را از کار میاندازند. شیارگذاری میتواند ظرف چند روز پس از وقوع باعث خرابی پمپ شود.
سایش سطح پیستون و خرابی پوشش: سطوح پیستون آبکاری شده با کروم در دو مرحله ساییده میشوند: ابتدا، رسوب کروم به تدریج نازک میشود؛ سپس فولاد زیرین در معرض آن قرار میگیرد. تماس فولاد روی فولاد در سیلندر، سایش را به طور چشمگیری در مقایسه با کروم روی کروم تسریع میکند. گذار از سایش کروم به قرار گرفتن در معرض زیرلایه اغلب پایان عمر پیستون است.
عملکرد پیستون پاششی فلزی: توانایی تولید دونگشنگ شامل تولید پیستون پاششی فلزی است - فرآیندهای پوششدهی پاششی حرارتی که پوششهای سرمت کاربید تنگستن یا کاربید کروم را روی سطح پیستون اعمال میکنند. پوششهای پاششی فلزی سطوحی به مراتب سختتر از کروم آبکاری شده (اغلب بیش از 1400 اچ وی در مقابل 900-1000 اچ وی برای کروم سخت) با عملکرد برتر در خدمات سایشی ایجاد میکنند. پیستونهای پاششی فلزی مورد استفاده در چاههای تولید شن و ماسه، به طور معمول در شرایط یکسان، 2 تا 3 برابر بیشتر از جایگزینهای آبکاری شده با کروم عمر میکنند.
نقش کلاس تناسب پیستون در نرخ سایش
استاندارد رابط برنامهنویسی کاربردی 11AX چهار کلاس تناسب پیستون را بر اساس لقی قطری تعریف میکند. انتخاب کلاس تناسب مستقیماً مسیر نرخ سایش را تعیین میکند:
فاصله خیلی کم برای ویسکوزیته سیال و شرایط ماسه: فاصله خیلی کم است و سیال تولید شده نمیتواند یک لایه روانکاری ثابت را حفظ کند، یا ذرات ماسه به جای عبور از آن، فاصله را پر میکنند. نتیجه: سایش یا خراشیدگی چسبنده تسریع میشود.
فاصله مناسب برای کاربرد: فیلم سیال به طور مداوم حفظ میشود، ذرات شن با اندازه معقول بدون ایجاد پل از آن عبور میکنند و پمپ نزدیک به نرخ سایش طراحی شده خود کار میکند.
فاصله بیش از حد مجاز برای ویسکوزیته سیال: فاصله آنقدر زیاد است که آببندی فشار بیش از حد نشت میکند، راندمان حجمی را کاهش میدهد و پمپ را ملزم به کار سختتر (تعداد ضربات بیشتر در واحد تولید) میکند، که باعث تسریع سایش کلی میشود.
دقتی که یک تولیدکننده میتواند با آن به کلاسهای تناسب هدف برسد، تعیین میکند که پمپها در یک سفارش چقدر به طور مداوم به نرخ سایش طراحی دست مییابند. فرآیندهای تولید دانگشنگ شامل ترازبندی و سنگزنی یکپارچه است - جایی که پیستون و سیلندر به عنوان یک جفت همسان سنگزنی و اندازهگیری میشوند تا به لقی هدف برسند، نه اینکه به انباشت تلرانس قطعات قابل تعویض متکی باشند. این رویکرد، کنترل لقی دقیقتر و نرخ سایش ثابتتری نسبت به روشهای استاندارد تولید ایجاد میکند.
نقطه شکست دوم: شیرهای پمپ
مجموعه شیرهای متحرک و شیرهای ایستاده، دومین محلهای شایع خرابی در ... هستند.پمپ های میله ای مکندهو در محیطهای شنی یا سایشی بالا، آنها گاهی اوقات اولین کسانی هستند که شکست میخورند.
نحوه کار شیرهای پمپ و دلیل فرسودگی آنها
شیر متحرک (واقع در مجموعه پیستون) و شیر ایستاده (واقع در پایین بدنه پمپ، درست بالای ورودی پمپ) هر دو بر اساس یک اصل اساسی کار میکنند: یک گوی از روی نشیمنگاه ماشینکاری شده بلند میشود تا جریان سیال را در یک جهت ممکن سازد و در مقابل آن قرار میگیرد تا از جریان برگشتی در جهت مخالف جلوگیری کند. کیفیت آببندی تماس گوی روی نشیمنگاه همان چیزی است که اختلاف فشار بین محفظه پمپ بالا و پایین شیر متحرک - و بین پمپ و لوله بالای شیر ایستاده - را حفظ میکند.
هر ضربه پمپ شامل حداقل دو رویداد نشست در هر شیر است - گوی در پایینترین ضربه رو به پایین یا رو به بالا به سیت برخورد میکند و باید بلافاصله آببندی شود. در سرعتهای معمول پمپ و فشارهای چاه، این نشان دهنده صدها هزار ضربه نشست در ماه است. گوی و سیت باید در تمام این برخوردها، در حالی که در معرض سیال ساینده و خورنده تولید شده قرار دارند، هندسه تماس دقیق و بدون نشتی را حفظ کنند.
مکانیسمهای سایش شیر و حالتهای خرابی
سایش ساینده گوی و نشیمنگاه: ذرات شن و ماسه موجود در سیال تولید شده در هر دو محل شیر وجود دارند. هنگامی که شیر با ضربه محکم بسته میشود، ذرات شن بین گوی و نشیمنگاه با هر ضربه، هر دو سطح را ساییده میکنند. گوی دچار فلت میشود - سطوح سایش مسطح که از آببندی کامل جلوگیری میکند. نشیمنگاه دچار سایش حلقهای میشود - شیاری که در سطح نشیمنگاه ساییده میشود و به طور مشابه از آببندی کامل جلوگیری میکند. نتیجه، نشتی شیر است که راندمان حجمی پمپ را کاهش میدهد و در نهایت پمپ را از کار میاندازد.
شکست خستگی ضربهای: در سرعتهای بالای پمپ یا فشارهای دیفرانسیل بالا، گویهای شیر در هر بار نشست، بارهای ضربهای قابل توجهی را تجربه میکنند. در طول میلیونها چرخه، این میتواند باعث ایجاد ترکهای خستگی در ماده گوی شود، به خصوص اگر کیفیت ماده در حداقل مشخصات یا نزدیک به آن باشد. شکستگی گوی - خرد شدن گوی به جای ساییدگی - حالت شکست حاد خستگی ضربهای است و فاجعهبار است. قطعات گوی شکسته میتوانند قفس شیر را مسدود کنند، از باز شدن شیر جلوگیری کنند یا به سمت بالا حرکت کنند و آسیب بیشتری ایجاد کنند.
حمله خورنده به نشیمنگاه سوپاپ: در سیالات تولیدی حاوی H₂S یا اشباع شده از شرکت₂، مواد نشیمنگاه سوپاپ میتوانند مورد حمله شیمیایی قرار گیرند. ایجاد حفرههای سطحی ناشی از حمله خورنده، کیفیت تماس نشیمنگاه را کاهش داده و مکانهای تمرکز تنش را برای شروع ترک خستگی ایجاد میکند. حمله خورنده به ویژه بر نشیمنگاههای فولاد کربنی که فاقد آلیاژ محافظ کافی هستند، آسیب میرساند.
سایش محفظه سوپاپ و مجموعه متحرک: محفظه سوپاپ که حاوی گوی است و حرکت آن را هدایت میکند نیز یک سطح سایشی است. سایش شن و ماسه در داخل محفظه، دقت هدایت گوی را کاهش میدهد و در نهایت باعث حرکت جانبی گوی میشود که گوی را با سیت ناهمتراز میکند و از سیت تمیز جلوگیری میکند.
انتخاب جنس شیر: ارتقاء مقرون به صرفه
از بین تمام ارتقاءهای مواد تشکیلدهنده موجود برایپمپ های میله ای مکندهساچمهها و نشیمنگاههای سوپاپهای کاربید تنگستن یکی از بهترین نسبتهای هزینه به عمر مفید موجود را نشان میدهند. اختلاف سختی بسیار زیاد است: ساچمههای سوپاپ فولادی ضد زنگ استاندارد 440C دارای سختی 58-60 اچ آر سی هستند؛ ساچمههای کاربید تنگستن دارای سختی 89-93 انجمن فعالان حقوق بشر هستند - مرتبهای از سختی بیشتر از ذرات شن که در غیر این صورت آنها را میسایند.
در چاههایی با سطوح برش ماسه که به طور قابل توجهی عمر مفید شیرهای فولادی استاندارد را کاهش میدهد (معمولاً بیش از 0.5٪ ماسه از نظر حجمی در سیال تولیدی)، اجزای شیر کاربید تنگستن معمولاً عمر مفید شیر را 3 تا 5 برابر در مقایسه با جایگزینهای فولادی افزایش میدهند. هزینه افزایشی به ازای هر پمپ در اولین بازه سرویس طولانی در چاههایی که در غیر این صورت نیاز به تعمیر مکرر برای تعویض شیر دارند، جبران میشود.
برای محیطهای با غلظت بالای H₂S یا شرکت₂، اجزای شیر از جنس استیل ضد زنگ اینکونل 625 یا 17-4 پی اچ مقاومت در برابر خوردگی را فراهم میکنند که از حالت خرابی ناشی از حمله شیمیایی جلوگیری میکند. پمپ بازیابی حرارتی تزریق بخار دونگشنگ به طور خاص آلیاژ اینکونل 625 را در اجزای مسیر جریان بحرانی خود گنجانده است - همان خواص خوردگی و مقاومت دمایی که اینکونل 625 را برای سرویس بخار مناسب میکند، آن را برای سرویس سیالات خورنده نیز مناسب میسازد.
شکست ناشی از شن و ماسه: شتابدهندهای که همه چیز را تغییر میدهد
تولید ماسه از سازند، رایجترین عامل تسریعکنندهی سایش پمپهای میلهای مکنده است. درک چگونگی تعامل ماسه با هر جزء پمپ - و اینکه چه پاسخهای طراحی در دسترس است - برای اپراتورها در هر میدان تولیدکنندهی ماسه ضروری است.
چگونه شن به هر قطعه میرسد و به آن آسیب میرساند
شن وارد میشودپمپ میله ای مکندهبا سیال تولید شده از طریق ورودی پمپ. از آن نقطه ورود، مسیر جریان سیال را از طریق شیر ایستاده، به داخل بشکه پمپ، از طریق شیر متحرک و از طریق سوراخ پیستون به داخل رشته لوله بالا دنبال میکند.
آسیب به سوپاپ ایستاده: سیال مملو از شن و ماسه در هر حرکت رو به پایین، به گوی و نشیمنگاه سوپاپ ایستاده ضربه میزند. غلظت بالای شن و ماسه، سایش گوی و نشیمنگاه را در این محل سریعتر از هر جای دیگر در پمپ تسریع میکند، زیرا سرعت جریان از طریق ورودی در اینجا بالاترین است و چگالی ذرات شن در سیال ورودی در حداکثر مقدار خود قرار دارد.
سایش لوله پمپ: شن و ماسه موجود در فیلم سیال بین پیستون و لوله به عنوان یک ترکیب سنگزنی ریزدانه در کل طول حرکت پیستون عمل میکند. حتی شن و ماسه ریز (زیر ۱۰۰ میکرون) در صورت غلظت قابل توجه، به طور قابل توجهی در سایش لوله نقش دارد. شن و ماسه درشتتر (بالای ۲۰۰ میکرون) میتواند فاصله بین پیستون و لوله را پر کند و باعث ایجاد شیارهایی شود که به جای تخریب تدریجی، باعث خرابی حاد میشوند.
آسیب به شیر متحرک: غلظت شن در محفظه پمپ (بالای شیر ایستاده، پایین شیر متحرک) کمتر از سیال ورودی است - مقداری تهنشینی رخ میدهد - اما هنوز هم قابل توجه است. شیر متحرک سایش گوی مانند شیر ایستاده را تجربه میکند، معمولاً با سرعت کمی کمتر به دلیل سرعت جریان کمتر.
گرفتگی پیستون: وقتی ذرات بزرگ شن در طول حرکت رو به پایین، زیر پیستون جمع میشوند، میتوانند پمپ را از نظر هیدرولیکی قفل کنند - پیستون نمیتواند حرکت خود را کامل کند زیرا مواد جامد تراکمناپذیر فضایی را که باید وارد آن شود اشغال میکنند. این وضعیت قفل شدن و گرفتگی مانع از پمپاژ کامل میشود و اغلب برای رفع آن نیاز به تعمیرات اساسی است.
پاسخ طراحی کنترل ماسه لانگ پلانجر
طراحی پمپ میلهای مکنده کنترل شن با پلانجر بلند، مکانیک خاص سایش مربوط به شن و ماسه بین پلانجر و بدنه را مورد توجه قرار میدهد. در طراحی پلانجر با طول استاندارد، تجمع شن در پایین مسیر حرکت پلانجر میتواند باعث شود که پلانجر هنگام پایین آمدن کمی کج شود - این کج شدن، حتی در مقیاس زیر میلیمتر، باعث ایجاد تماس ناهموار بین پلانجر و بدنه میشود که خطر سایش و خراش را در مکانهای خاص متمرکز میکند.
طراحی پلانجر بلند، تراز پلانجر را در طول یاتاقان بیشتر حفظ میکند. سطح تماس بیشتر پلانجر، پشتیبانی تماسی بیشتری را فراهم میکند، حساسیت به کج شدن را کاهش میدهد و نیروهای تماسی را به طور یکنواختتر در طول بشکه توزیع میکند. در چاههای تولیدکننده ماسه، پیکربندیهای پلانجر بلند به طور مداوم عمر طولانیتری نسبت به جایگزینهای پلانجر با طول استاندارد که در شرایط یکسان کار میکنند، به دست میآورند - مزیت ترازبندی مستقیماً رویدادهای گلآلود موضعی را که باعث حادترین خرابیها میشوند، کاهش میدهد.
همانطور که یکی از مهندسان تولید در یک بحث میدانی نفتی در ردیت توضیح داد: ددد هههه ما پس از پیگیری دلایل تعمیرات اساسی به مدت یک سال، در برنامه نفت سنگین خود به طرحهای کنترل ماسه با پلانجر بلند روی آوردیم. سایش گوی و خراشیدگی پلانجر در چاههای ماسهای بیش از ۶۰ درصد از تعمیرات اساسی ما را تشکیل میداد. طراحی پلانجر بلند این دسته را بیش از نصف کاهش داد. ددد ههههه
مکانیسمهای خرابی مرتبط با گاز
گاز - چه گاز آزاد در سیال تولید شده و چه گازی که تحت شرایط کاهش فشار در عمق پمپ از محلول خارج میشود - مکانیسمهای خرابی را در ... ایجاد میکند.پمپ های میله ای مکندهکه با سایش مکانیکی متمایز هستند.
قفل گاز: حالت خرابی کامل
قفل گازی زمانی رخ میدهد که گاز آزاد در محفظه پمپ بالای شیر ایستاده جمع شود، به حدی که شیر متحرک نتواند در حرکت رو به بالا باز شود. این مکانیسم با آنچه که انتظار خرابی مکانیکی را دارد، مغایرت دارد: پمپ نمیشکند - به طور عادی کار میکند، اما تراکمپذیری گاز مانع از دستیابی به اختلاف فشار مورد نیاز برای باز کردن شیر متحرک میشود. پمپ بدون حرکت سیال کار میکند و هیچ تولیدی ایجاد نمیکند.
قفل گازی بلافاصله به اجزای پمپ آسیب نمیرساند، اما اثرات ثانویه آن مضر است. پمپی که روی گاز قفل شده است، همچنان رشته میله مکنده را تحت بار تقریباً صفر حرکت میدهد - این الگوی بار تغییر یافته بر توزیع تنش رشته میله تأثیر میگذارد و میتواند خستگی میله مکنده را تسریع کند. اگر پمپ در نهایت از طریق رویدادهای فشار تصادفی از قفل گازی خارج شود، ایجاد مجدد ناگهانی بار ستون مایع روی میلههای مکنده، بارگذاری دینامیکی گذرا ایجاد میکند که میتواند از محدودیتهای خستگی فراتر رود.
چکش مایع: حالت شکست حاد
ضربه قوچ - ضربه ناگهانی مجموعه شیر متحرک به شیر ایستاده یا نشیمنگاه پمپ، زمانی که پمپ از حالت قفل گاز به تماس کامل با سیال تغییر وضعیت میدهد - مخربترین حالت خرابی حاد مرتبط با تولید گاز است. بارهای ضربهای وارده میتوانند باعث شکستگی قفس شیر، کج شدن نشیمنگاه شیر، آسیب به مجموعه پیستون و ترک خوردن بدنه پمپ شوند. همچنین، پدیده ضربه قوچ مسئول خرابی میله مکنده و آسیب به تجهیزات سطحی منتقل شده از طریق رشته میله بوده است.
پاسخ طراحی پمپ میلهای مکنده ضد گاز
پمپ میلهای مکنده ضد گاز دونگشنگ، از طریق طراحی مجدد مکانیکی سیستم شیر ورودی، به رفع مشکلات مربوط به گاز میپردازد. نوآوری کلیدی، ساختار مکانیکی باز و بسته شدن شیر ورودی روغن است که از حرکت رفت و برگشتی میله پمپ - به جای اختلاف فشار سیال به تنهایی - برای باز و بسته شدن شیر استفاده میکند. این تحریک مکانیکی با اطمینان از باز شدن شیر ورودی در هر حرکت رو به پایین، صرف نظر از شرایط فشار گاز، از تجمع گاز در حفره پمپ جلوگیری میکند.
طراحی ضد گاز شامل سه ویژگی مهندسی خاص است که مکانیسمهای خرابی شرح داده شده در بالا را برطرف میکند:
فعالسازی مکانیکی شیر: میله پمپ مستقیماً حرکت شیر ورودی را هدایت میکند و از تجمع گاز که باعث ایجاد قفل گازی میشود، جلوگیری میکند. گازی که وارد حفره پمپ میشود، به جای تجمع، از طریق مسیر تخلیه به بیرون رانده میشود.
جنس آلیاژ شیر ورودی با مقاومت بالا در برابر خوردگی: از آنجایی که شیر ورودی با محرک مکانیکی تحت بارگذاری دینامیکی متفاوتی نسبت به شیر صرفاً دیفرانسیل فشار عمل میکند، اجزای آن به جای فولاد کربنی استاندارد، از آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی ساخته شدهاند. این امر از خستگی ناشی از تحریک مکانیکی مکرر که در سرویسهای مربوط به جابجایی گاز مورد نیاز است، جلوگیری میکند.
هندسه کانال هدایت ساده: مسیر جریان سیال از طریق پمپ بهینه شده است تا تلاطم و بازیابی فشار را به حداقل برساند. کاهش تلاطم، افت فشار موضعی درون پمپ را که باعث تسریع خروج گاز محلول از نفت خام میشود، کاهش میدهد - نگه داشتن گاز به صورت محلول در بیشتر مسیر پمپ، حجم گاز موجود برای ایجاد قفل را کاهش میدهد.
این سه ویژگی در کنار هم به طور سیستماتیک از حالتهای خرابی که قفل گازی و چکش مایع ایجاد میکنند، جلوگیری میکنند - نه با تحمل آنها، بلکه با حذف شرایطی که آنها را ایجاد میکنند.
اثرات دما و چرخه حرارتی بر سایش پمپ
دمای چاه - و به ویژه چرخههای حرارتی در چاههایی که تحت چرخههای تزریق و تولید بخار قرار میگیرند - مکانیسمهای سایشی ایجاد میکنند که طرحهای استاندارد پمپ برای مدیریت آنها ساخته نشدهاند.
اثرات انبساط حرارتی بر فاصله بین دو سطح
اجزای پمپ با افزایش دما منبسط میشوند. فاصله بین پیستون و بدنه که در شرایط محیطی مشخص شده است، زمانی که هر دو جزء در دمای ته چاه قرار دارند، تغییر میکند - این تغییر معمولاً در چاههای با دمای متوسط کوچک است، اما در کاربردهای با دمای بالا قابل توجه میشود.
مهمتر از همه، انبساط حرارتی افتراقی بین مواد غیرمشابه در مجموعه پمپ میتواند باعث ایجاد تمرکز تنش و تغییرات ابعادی شود که تناسب قطعه را تغییر میدهد. آبکاری کروم روی بشکهها و پیستونهای فولادی ضریب انبساط حرارتی متفاوتی نسبت به فولاد زیرلایه دارد - در دماهای بالا، این اختلاف میتواند باعث ایجاد تنش لایه کروم و در طول چرخههای حرارتی متعدد، لایه لایه شدن پوشش شود.
بازیابی حرارتی تزریق بخار: چالش حرارتی شدید
محیط بازیابی حرارتی تزریق بخار، چالشهایی را برای اجزای پمپ ایجاد میکند که طرحهای استاندارد پمپ نمیتوانند از پس آن برآیند. هنگامی که بخار با دمای ۳۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد از طریق یا اطراف پمپ تزریق میشود - برای کاهش ویسکوزیته نفت خام سنگین برای تولید - هر جزء خیس شده در مسیر جریان بخار در معرض شستشوی بخار با دمای بالا و فشار بالا قرار میگیرد.
اجزای فولادی استاندارد نرم میشوند و پایداری ابعادی خود را از دست میدهند. آبکاریهای کروم استاندارد تحت تنش چرخهای حرارتی دچار شکست میشوند. مکانیسمهای آببندی استاندارد نمیتوانند یکپارچگی خود را در طول چرخههای گرمایش و سرمایش مکرر حفظ کنند.
پمپ سرنگی یکبار مصرف بازیابی حرارتی تزریق بخار دونگشنگ مخصوص این محیط ساخته شده است. عناصر حیاتی طراحی که مکانیسمهای خرابی حرارتی را برطرف میکنند عبارتند از:
کانالبندی آلیاژ اینکونل ۶۲۵: مسیر جریان بخار از طریق پمپ از بوشهای آلیاژ اینکونل ۶۲۵ استفاده میکند. اینکونل ۶۲۵ یک سوپرآلیاژ نیکل-کروم-مولیبدن است که استحکام و مقاومت در برابر خوردگی خود را در دماهای بالاتر از ۹۸۰ درجه سانتیگراد حفظ میکند - بسیار فراتر از دمای عملیاتی ۳۵۰ درجه سانتیگراد کاربردهای تزریق بخار. این انتخاب مواد مستقیماً از نرم شدن، اعوجاج و حمله شیمیایی که باعث خرابی اجزای آلیاژ استاندارد در زیر شستشوی مداوم با بخار میشود، جلوگیری میکند.
آببندی سطح مخروطی با تلرانس ±0.01 میلیمتر: سطح مخروطی پیستون که در طول مرحله تولید در برابر بدنه پمپ آببندی میشود، باید پس از هر چرخه بازیابی حرارتی، آببندی فلز به فلز را انجام دهد. حفظ دقت ابعادی لازم برای یکپارچگی آببندی فلزی 15 مگاپاسکال از طریق چرخههای حرارتی مکرر، نیازمند تلرانسهای ماشینکاری ±0.01 میلیمتر است - سطوح تلرانسی که نیاز به ماشینکاری سی ان سی دقیق و اندازهگیری دقیق دارند. این دقت ابعادی در آزمایش میدانی در میدان نفتی لیائوهه تأیید شد، جایی که پمپ ≥85٪ حفظ خشکی بخار را در چندین چرخه بازیابی حرارتی حفظ کرد.
یکپارچهسازی اتصال مکانیکی: بالابر میله مکنده ۲۰۰ میلیمتری که حالت تزریق بخار را فعال میکند - کانال بخار را از طریق مکانیسم لوله آببندی به رشته لوله متصل میکند - باید پس از سرویس طولانی مدت در شرایط دمای بالا به طور قابل اعتمادی کار کند. اجزای اتصال مکانیکی که این عملکرد را انجام میدهند، برای پایداری حرارتی در محدوده دمای سرویس مورد انتظار مشخص و آزمایش شدهاند.
ابزار روشن/خاموش: قطعهای که بیصدا خراب میشود
ابزار روشن/خاموش - مکانیزمی که رشته میله مکنده را به پمپ متصل میکند و امکان جدا کردن این دو را بدون کشیدن پمپ فراهم میکند - قطعهای است که خرابی آن اغلب تا زمانی که باعث مشکلات عملیاتی نشود، ناشناخته میماند.
چگونه ابزار روشن-خاموش از کار میافتد؟
مکانیزم درگیر شدن ابزار روشن/خاموش، چرخههای مکرر آرایش و جدا شدن را طی میکند. هر چرخه گشتاور و نیروی محوری را به سطوح درگیر اعمال میکند. با گذشت زمان:
سایش سطح درگیری: سطوح درگیری که گشتاور را بین رشته میله و پمپ منتقل میکنند، با هر بار تشکیل و جدا شدن، دچار فرسودگی میشوند. سطوح درگیری فرسوده برای دستیابی به اتصال قابل اعتماد به گشتاور درگیری بالاتری نیاز دارند - و میتوانند در انتقال کامل گشتاور رشته میله شکست بخورند و باعث لغزش در حین کار پمپ شوند.
خوردگی مکانیزمهای درگیر: در محیط درون چاهی، مکانیزمهای ابزار روشن/خاموش در معرض سیال تولید شده قرار دارند. خوردگی سطوح درگیر، دقت هندسه درگیر را کاهش میدهد و انتقال گشتاور قابل اعتماد را بیشتر کاهش میدهد.
شکست خستگی در مقاطع پر تنش: تغییرات سطح مقطع ابزار روشن و خاموش، نقاط تمرکز تنش ایجاد میکند. تحت بارگذاری چرخهای مکرر ناشی از عملکرد پمپ، ترکهای خستگی میتوانند در این مکانها شروع شوند.
طراحی ابزار روشن/خاموش دونگشنگ مستقیماً به این مکانیسمهای شکست میپردازد: در نواحی کلیدی از مقاطع عرضی ضخیمتر مواد و سختکاری سطحی برای دستیابی به استحکام عالی استفاده میشود؛ مشخصات طراحی شامل مقاومت در برابر خستگی مهندسیشده، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش است؛ و مکانیسم درگیری برای سادگی در محل طراحی شده است - به کارگران این امکان را میدهد که ستون میله را بدون لخت شدن در حین خروج از چاه پمپ، از آن جدا کنند.
تشخیص سایش ابزار روشن-خاموش قبل از خرابی
سایش ابزار روشن/خاموش اغلب قبل از خرابی از طریق نشانگرهای سطحی قابل تشخیص است:
افزایش گشتاور درگیری مورد نیاز در طول عملیات آرایش زه میله
علائم سایش قابل مشاهده روی سطوح درگیری در طول بازرسیهای معمول رشته میله
تغییرات در شکل کارت دینامومتر پمپ که نشان دهنده تغییر در انتقال نیرو از میله به پمپ است
جلوگیری از ساییدگی ابزار روشن/خاموش در این مرحله - و تعویض ابزار قبل از خرابی - از سناریوی خرابی پرهزینهتر که در آن رشته میله از انتهای چاه پمپ جدا میشود و به جای کشیدن معمول رشته میله، نیاز به عملیات ماهیگیری دارد، جلوگیری میکند.
پیشرفت سایش در بدنه پمپ: نگاهی به جدول زمانی
درک چگونگی پیشرفت فرسایش سیلندر در طول عمر مفید پمپ، به مهندسان کمک میکند تا فواصل بازرسی مناسب و معیارهای تعویض را تعیین کنند.
مرحله ۱: استفاده اولیه (۰-۳۰ روز)
قطعات پمپ جدید دارای ناهمواریهای سطحی - نقاط مرتفع میکروسکوپی ناشی از ماشینکاری - هستند که در اولین دوره کارکرد به سرعت ساییده میشوند. این سایش ناگهانی-غیرقابل برگشت طبیعی است. نرخ سایش در حین کار بیشتر از سایش در حالت پایدار است و نباید برای پیشبینی عمر کارکرد طولانی مدت، آن را تعمیم داد.
در طول دوره کارکرد، مهم است که پمپ تحت شرایط تنش کار نکند - سرعت بسیار بالای پمپ، دمای غیرعادی بالای سیال یا غلظت غیرمعمول بالای شن در این دوره میتواند باعث شود که سایش ناشی از دوره کارکرد به جای انطباق با سطح طبیعی که باید رخ دهد، به آسیب تبدیل شود.
مرحله ۲: سایش در حالت پایدار (عمر مفید طراحی)
پس از راهاندازی، نرخ سایش به یک رژیم پایینتر و پایدارتر میرسد. راندمان حجمی در مقدار طراحی یا نزدیک به آن است. پمپ نرخ تولیدی را که برای آن مشخص شده است، تولید میکند. این دوره نشان دهنده مرحله تحویل ارزش از عمر مفید پمپ است.
مدت زمان این مرحله - طول عمر واقعی دددددددد که اپراتورها سعی در به حداکثر رساندن آن دارند - حاصلضرب موارد زیر است:
کیفیت و سختی سطح سوراخ لوله
کیفیت و سختی پوشش سطح پیستون
شفافیت (میزان شن) و روان بودن سیال تولیدی
فاصله بین پیستون و بدنه (کلاس مناسب) متناسب با سیال و شرایط
سرعت عملکرد پمپ (تعداد ضربه در دقیقه - سرعتهای پایینتر به معنای نرخ سایش کمتر در واحد زمان است)
یک تاپیک در r/مهندسی نفت در ردیت، واقعیت عملیاتی را به تصویر کشید: ددد عمر مفید در چاههای نفت سنگین مستعد ماسه ما، وقتی که ما از بشکه و پیستون کرومی استاندارد به بشکه کرومی با پیستون فلزی اسپری ارتقا دادیم، از میانگین ۸ ماه به ۱۶ ماه افزایش یافت. این یعنی ۵۰٪ کاهش در دفعات تعمیر و نگهداری در یک برنامه ۴۰ چاهی - محاسبات هزینه حتی نزدیک به این هم نیست.ددد
مرحله ۳: تسریع فرسایش (رویکرد پایان عمر)
با ساییدگی سطوح سیلندر و پیستون، فاصله بین سیلندرها فراتر از مشخصات کلاس تناسب اولیه افزایش مییابد. چندین اثر با هم ترکیب میشوند:
با افزایش نشتی از فضای بین پیستون و بدنه، راندمان حجمی کاهش مییابد.
کاهش کیفیت لایه سیال در فضای باز، سایش را بیشتر تسریع میکند (یک فرآیند خودتقویتکننده)
نازکی پوشش سطحی، حساسیت به شکستهای ناگهانی را افزایش میدهد
در این مرحله، کارتهای دینامومتر پمپ شروع به نشان دادن تغییرات مشخصی میکنند: کاهش بار سیال در هر ضربه، تغییر الگوهای توزیع بار، و گاهی اوقات رفتار نامنظم ناشی از ضربات متناوب سیال.
شناسایی آستانه جایگزینی مناسب
نقطه تصمیمگیری برای تعویض پمپ - قبل از خرابی فاجعهبار که نیاز به تعمیر اضطراری دارد در مقابل تعمیر برنامهریزیشده در یک زمان برنامهریزیشده مناسب - یکی از باارزشترین تصمیمات در مدیریت فرازآوری مصنوعی است.
ابزارهای شناسایی رویکرد به پایان عمر عبارتند از:
تحلیل کارت دینامومتر پمپ: تغییرات در شکل کارت و رفتار سطح سیال، کاهش راندمان حجمی را نشان میدهد.
تشخیص پوند مایع: اثرات پوند مایع روی کارت دینامومتر نشان میدهد که پمپ به طور کامل پر نمیشود و این نشاندهنده کاهش راندمان پمپ است.
تحلیل روند تولید: کاهش مداوم تولید منتسب به پمپ در مقابل محاسبه افت پایدار، نشان میدهد که کاهش راندمان پمپ به جای کاهش مخزن است.
تعیین ویژگیهای پایه کارت دینامومتر در نصب اولیه پمپ - و ردیابی تغییرات در طول عمر مفید پمپ - پایه و اساس دادهها را برای برنامهریزی پیشگیرانه جایگزینی فراهم میکند.
تصمیمات مربوط به ارتقاء مواد: چارچوب هزینه-فایده
برای مهندسان تولید و مدیران تدارکات که ارتقاء مواد قطعات را ارزیابی میکنند، چارچوب تصمیمگیری در اصل ساده است اما برای اجرای دقیق به دادههای کاملاً مشخص نیاز دارد.
محاسبه هزینه عمر مفید در مقابل هزینه ارتقاء
برای هرگونه ارتقاء مواد تشکیل دهنده:
هزینه هر تعمیر و نگهداری را محاسبه کنید: این هزینه کل تعمیر و نگهداری است - دکل، خدمه، مواد شیمیایی، آمادهسازی محل چاه و از دست دادن تولید در طول دوره تعمیر و نگهداری. این هزینهای است که شما سعی دارید با افزایش طول عمر مفید از آن اجتناب کنید.
تخمین عمر مفید فعلی: بر اساس دادههای تعمیرات اساسی قبلی برای چاه یا چاههای مشابه در میدان.
تخمین بهبود مورد انتظار در طول عمر مفید: این مورد از دادههای میدانی در مورد ارتقاء مواد قابل مقایسه در شرایط مشابه چاه به دست میآید. برای شیرهای کاربید تنگستن در مقابل شیرهای فولادی در چاههای تولیدکننده ماسه، بهبود 3 تا 5 برابری در طول عمر مفید در مطالعات میدانی متعدد ثابت است. برای پیستونهای فلزی اسپری در مقابل پیستونهای روکش کروم در شرایط سایشی، بهبود 2 تا 4 برابری به خوبی مستند شده است.
هزینه ارتقاء به ازای هر پمپ را محاسبه کنید: هزینه افزایشی مشخصات قطعه ارتقاء یافته.
نقطه سر به سر را محاسبه کنید: در چه ضریبی از طول عمر مفید، هزینه ارتقاء دقیقاً برابر با صرفهجویی در هزینه تعمیر و نگهداری است؟
در اکثر موارد، این محاسبه به شدت به نفع ارتقاء مواد برای چاههایی با هرگونه شرایط کاری ساینده یا خورنده قابل توجه است. از نظر اقتصادی به ندرت نزدیک به هم هستند - هزینه ارتقاء معمولاً بخش کوچکی از حتی یک تعمیر و نگهداری اجتناب شده است.
راهنمای اولویتبندی ارتقاء قطعات
بر اساس دادههای فراوانی خرابی در شرایط عملیاتی متنوع:
بالاترین اولویت — اجزای شیر (گویها و نشیمنگاهها): گویها و نشیمنگاههای کاربید تنگستن در هر چاهی با برش ماسه بالای 0.5٪. آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی (17-4 پی اچ، اینکونل 625) در هر چاهی با H₂S بالای 10 پی پی ام یا شرکت₂ بالای 3٪. این ارتقاءها بر اجزایی که بیشتر از همه دچار خرابی میشوند، با کمترین هزینه افزایشی تأثیر میگذارند.
اولویت بالا - پوشش سطح پیستون: پیستون فلزی را در هر چاهی با تولید مداوم ماسه یا نفت خام سنگین (بالای ۵۰۰ سانتیپواز در عمق پمپ) اسپری کنید. پیستون دومین جزء شایع در اولین خرابی است و پوشش سطح، عامل اصلی تعیین کننده مقاومت در برابر سایش است.
اولویت متوسط — عملیات سطحی بشکه: بشکه با روکش کروم در تمام چاههای تولیدکننده ماسه (حداقلهای استاندارد رابط برنامهنویسی کاربردی در جایی که ماسه قابل توجهی تولید میشود، نباید کافی در نظر گرفته شوند). بشکه نیترید شده برای کاربردهایی با نگرانیهای بارگذاری خستگی.
مختص شرایط خاص — طراحی پمپ کاملاً تخصصی: برای چاههایی با تولید گاز شدید، طراحی کنترل ماسه با پیستون بلند. برای عملیات بازیابی حرارتی، یک پمپ بازیابی حرارتی تزریق بخار مخصوص با قطعات داخلی اینکونل 625. برای چاههایی با گور بالا، طراحی پمپ ضد گاز با فعالسازی شیر مکانیکی.
تشخیص سایش از روی نشانگرهای سطحی
مهندسان تولید و اپراتورهای چاه همیشه برای بازرسی مستقیم به پمپ دسترسی ندارند. شاخصهای قابل مشاهده سطحی، سیگنالهای مهمی از سایش را ارائه میدهند.
علائم سایش قطعات روی کارت دینامومتر
کارت دینامومتر پمپ - نموداری از بار میله در مقابل موقعیت در طول کورس پمپ - در صورت تجزیه و تحلیل صحیح، حاوی اطلاعات تشخیصی در مورد خرابیهای خاص اجزا است.
نشانه نشتی سوپاپ: یک اعوجاج مشخص "موازیالاضلاع" در قسمت حرکت رو به پایین کارت دینامومتر، نشان میدهد که سوپاپ متحرک نشتی دارد. سیالی که در حرکت رو به بالا بارگذاری شده است، به جای اینکه به سطح بیاید، در حرکت رو به پایین از طریق سوپاپ متحرک به عقب نشت میکند. میزان اعوجاج تقریباً با شدت نشتی همبستگی دارد.
نشتی شیر ایستاده: اعوجاج مشابهی که بر قسمت بالارونده کارت تأثیر میگذارد. شیر ایستاده در طول بالارونده، ستون سیال را بالای خود نگه نمیدارد - با بالا آمدن پیستون، سیال از طریق شیر ایستاده به عقب نشت میکند.
علامت پوند سیال: علامت مشخصه خیلی باحال بود در پایین کارت دینامومتر در حرکت رو به پایین نشان میدهد که پیستون پس از عبور از یک فضای پر از گاز، به طور ناگهانی به سیال برخورد میکند. این سیگنال یا تجمع گاز در پمپ (نزدیک شدن به قفل گازی) یا شرایط خاموشی پمپ (چاه سیال کافی برای پر کردن پمپ در هر حرکت تولید نمیکند) را نشان میدهد.
اثر سایش پیستون-بشکه: کاهش بار سیال در هر ضربه - که به صورت یک مقیاس عمودی فشرده روی کارت دینامومتر در مقایسه با خط پایه نصب اولیه قابل مشاهده است - نشان دهنده افزایش لقی پیستون-بشکه و کاهش راندمان حجمی است.
کاهش تولید به پمپ در مقابل مخزن نسبت داده میشود
تشخیص کاهش تولید ناشی از فرسودگی پمپ از کاهش فشار طبیعی مخزن برای اولویتبندی تعمیرات مهم است. شاخصهایی که نشان میدهند کاهش تولید مربوط به پمپ است نه مخزن:
کاهش به طور ناگهانی شروع شده یا در یک نقطه زمانی خاص به طور قابل توجهی شتاب گرفته است (که اغلب نشان دهنده یک رویداد شکست خاص است) و نه پس از یک کاهش نمایی ملایم.
کارت دینامومتر پمپ، شاخصهای افت راندمان (نشتی شیر، پوند سیال) را مطابق با کاهش عملکرد نشان میدهد.
تحلیل رابطه عملکرد جریان ورودی (حقوق مالکیت معنوی) نشان میدهد که مخزن، قابلیت تحویل بیشتری نسبت به پمپاژ دارد.
چاههای مشابه در بلوکهای مخزنی مشابه، تولید خود را بدون کاهش قابل مقایسه حفظ میکنند.
نتیجهگیری
فهمیدن اینکه چه چیزی اول در یک ... پوشیده میشودپمپ میله ای مکنده- و چرا - تصمیمات مربوط به نگهداری و تدارکات را از واکنشی به پیشگیرانه تبدیل میکند. رابط پیستون-بشکه و مجموعه شیرها، مکانهای اصلی سایش در شرایط استاندارد چاه هستند. در چاههای تولیدکننده ماسه، شیرها اغلب منجر به توالی خرابی میشوند. در چاههای با گور بالا، قفل گازی و چکش مایع حالتهای خرابی ایجاد میکنند که به طور کامل از پیشرفت سایش طبیعی عبور میکنند. در عملیات بازیابی حرارتی، دما قبل از اینکه سایش مکانیکی اهمیت پیدا کند، بقای قطعه را تعیین میکند.
برای هر یک از این حالتهای خرابی، پاسخهای مهندسی وجود دارد که توالی خرابی را تغییر میدهد - عمر مفید طولانیتر، افت عملکرد قابل پیشبینیتر و کاهش دفعات تعمیر و نگهداری برنامهریزی نشده. شیرهای کاربید تنگستن، پیستونهای فلزی اسپری، طرحهای کنترل ماسه پیستون بلند، سیستمهای شیر ضد گاز مکانیکی و اجزای آلیاژی دما بالا برای سرویس حرارتی، محصولات گرانقیمت نیستند. آنها راهحلهای مهندسی برای مکانیسمهای خرابی خاص و مستند هستند که در مقایسه با هزینههای تعمیر و نگهداری که جایگزین آنها میشوند، توجیه هزینه مشخصی دارند.
برنامههای پمپ میلهای مکنده با کمترین هزینههای فرازآوری مصنوعی به ازای هر بشکه، آنهایی نیستند که ارزانترین پمپها را میخرند. آنها برنامههایی هستند که مشخصات پمپ را به طور دقیق با شرایط چاه مطابقت میدهند، مواد تشکیلدهنده را طوری انتخاب میکنند که در برابر مکانیسم شکست غالب در هر دسته چاه مقاومت کنند و دادههای عملکرد را به اندازه کافی دقیق پیگیری میکنند تا پمپها را به صورت پیشگیرانه و نه واکنشی جایگزین کنند.
مشخصات را درست وارد کنید - با شروع از دادههای چاه که آن را هدایت میکنند - و هر معیار هزینه دیگر از آن پایه پیروی میکند.
سوالات متداول
س: شیرهای پمپ میلهای مکنده معمولاً در مقایسه با پمپ بشکهای و پیستونی چقدر دوام میآورند؟
الف) در شرایط چاه تمیز و کم شن، گویها و نشیمنگاههای فولادی استاندارد اغلب از جفت سایش پیستون-بشکه بیشتر دوام میآورند - به این معنی که بشکه و پیستون ابتدا تعویض میشوند. با این حال، در چاههای تولیدکننده شن (شن با برش بیش از 0.5٪ حجمی)، سایش سوپاپ اغلب از سایش بشکه و پیستون پیشی میگیرد و باعث میشود سوپاپها اولین جزئی باشند که نیاز به تعویض دارند یا باعث اولین خرابی عملیاتی میشوند. این رابطه بر اساس شرایط چاه معکوس میشود. برای چاههایی با تولید شن قابل توجه، تعیین گویها و نشیمنگاههای سوپاپ کاربید تنگستن در نصب اولیه پمپ تقریباً همیشه از نظر هزینه توجیهپذیر است - هزینه افزایشی هر پمپ نسبت به یک تعمیر مرتبط با شیر کوچک است. پیکربندیهای پمپ بند کشی دونگشنگ با اجزای سوپاپ کاربید تنگستن به عنوان یک گزینه ارتقاء استاندارد در دسترس هستند که با بیش از 24 سال تجربه آنها در خدمت به میادین نفتی تولیدکننده شن چین پشتیبانی میشود.
س: نشانههایی که نشان میدهد قبل از انجام تعمیرات، پیستون پمپ میلهای مکنده نیاز به تعویض دارد، چیست؟
الف) قابل اعتمادترین شاخص سطحی، کارت دینامومتر پمپ است. کاهش بار سیال در هر ضربه - که به صورت کاهش ارتفاع عمودی کارت دینامومتر در مقایسه با خط پایه قابل مشاهده است - نشان دهنده افزایش فاصله بین پیستون و بشکه و کاهش راندمان حجمی است. شاخصهای پشتیبان شامل کاهش تولید منتسب به پمپ در برابر عملکرد پایدار جریان ورودی، افزایش دفعات خاموش شدن پمپ (چاه نمیتواند با جابجایی پمپ همگام باشد زیرا راندمان پایین است) و نشانههای نشت شیر روی کارت دینامومتر (اختلاف فشار کاهش یافته ناشی از نشتی بین پیستون و بشکه میتواند بر عملکرد شیر تأثیر بگذارد) هستند. هنگامی که این شاخصها به طور مداوم ظاهر میشوند و در یک دوره مشاهده ۲ تا ۴ هفتهای بدتر میشوند، برنامهریزی پیشگیرانه تعمیرات - به جای انتظار برای خرابی کامل پمپ - معمولاً با جلوگیری از بسیج اضطراری دکل و امکان برنامهریزی تعمیرات برای زمانبندی بهینه عملیاتی، اختلال عملیاتی کلی را کاهش میدهد.
س: چرا ماسه باعث خرابی پمپ سریعتر از سایر شرایط چاه می شود؟
الف) شن و ماسه از طریق چندین مکانیسم همزمان که با یکدیگر ترکیب میشوند، سایش پمپ را تسریع میکند. ذرات شن و ماسه ساینده در فضای بین پیستون و بشکه به عنوان یک ترکیب ساینده در برابر هر دو سطح عمل میکنند و در مقایسه با عملکرد سیال تمیز، حذف مواد را تسریع میکنند. ذرات شن و ماسه که با هر بار بسته شدن شیر، به گویها و نشیمنگاههای شیر برخورد میکنند، هندسه نشیمنگاه را که فشار پمپ را حفظ میکند، ساییده و فرسوده میکنند. تجمع شن و ماسه در زیر پیستون میتواند باعث ایجاد شیار - خرابی حاد به جای سایش تدریجی - شود، زمانی که ذرات درشت از فضای بین پیستون و فلز عبور میکنند و تماس فلز با فلز ایجاد میکنند. و تجمع شن و ماسه در محفظه پمپ میتواند باعث قفل شدن شن و ماسه شود - یک بلوک فیزیکی که مانع حرکت پیستون میشود - که میتواند از طریق بارگذاری ضربهای به پمپ و رشته میله آسیب مکانیکی وارد کند. طراحی پمپ کنترل شن و ماسه با پیستون بلند دونگشنگ، جنبههای همترازی و سایش بشکه پیستون و خرابی شن و ماسه را برطرف میکند، در حالی که اجزای شیر کاربید تنگستن، جنبههای سایش شیر را برطرف میکنند. برای چاههایی با تولید شن و ماسه بالا، هر دو ویژگی طراحی با هم، جامعترین محافظت را ارائه میدهند.