اندازه گیری پمپ میله ای مکشی: گام به گام

مقدمه

از بین تمام تصمیمات مهندسی در نصب بالابر میله‌ای، انتخاب اندازه پمپ بیشترین تأثیر را بر عملکرد تولید و عمر تجهیزات دارد.پمپ میله ای مکنده اگر پمپ خیلی کوچک باشد، چاه تولید کافی نخواهد داشت - مخزن سیال بیشتری نسبت به آنچه پمپ می‌تواند بالا ببرد، تحویل می‌دهد، سطح سیال بالا می‌رود و بشکه‌های قابل بازیابی در زمین باقی می‌مانند. اگر پمپ را خیلی بزرگ انتخاب کنید، چاه را سریع‌تر از آنچه مخزن می‌تواند دوباره پر کند، خالی می‌کند و باعث ایجاد پوند سیال می‌شود که با هر ضربه به رشته میله‌ای و شیرها آسیب می‌رساند و هزینه‌های تعمیر را افزایش می‌دهد که به سرعت هرگونه افزایش تولید را تحت الشعاع قرار می‌دهد.

هیچ‌کدام از این دو نتیجه قابل قبول نیست - و هر دو با یک فرآیند تعیین اندازه سیستماتیک که مبتنی بر داده‌های واقعی مخزن، خواص سیال و محدودیت‌های مکانیکی چاه باشد، قابل اجتناب هستند.

این راهنما، اندازه‌گیری پمپ را به ترتیبی که مهندسان در عمل در میدان به کار می‌برند، بررسی می‌کند: شروع از جریان ورودی مخزن، کار بر روی محاسبه جابجایی و انتخاب سوراخ پیستون، تعیین عمق تنظیم صحیح پمپ و سپس نگاشت شرایط چاه به نوع پمپ مناسب از چارچوب طبقه‌بندی API 11AX. هر مرحله بر اساس مرحله قبلی بنا شده است و ترتیب آن مهم است - تعیین اندازه پیستون قبل از درک جریان ورودی، رایج‌ترین خطای شروع در کل فرآیند است.

مرحله 1: داده‌های چاه خود را جمع‌آوری کنید - همه چیز در تعیین اندازه به آن بستگی دارد

اندازه گیری پمپ فقط به اندازه داده های ورودی مورد استفاده دقیق است. قبل از شروع هرگونه محاسبه، پارامترهای زیر باید از سوابق چاه، آزمایش مخزن یا تاریخچه تولید تعیین شوند. تخمین این مقادیر بدون اندازه گیری، خطاهای ترکیبی ایجاد می کند که در هر مرحله بعدی اندازه گیری گسترش می یابد.

داده‌های مخزن و جریان ورودی:

• فشار متوسط ​​مخزن (P̄r)، بر حسب psia - از آزمایش افزایش فشار یا موازنه مواد

• فشار جریان ته چاه در نرخ آزمایش (Pwf)، بر حسب psia

• نرخ تولید مایع آزمایشی (q_test)، بر حسب بشکه‌های مخزن ذخیره در روز (STB/d)

• فشار نقطه حباب - برای تعیین اینکه آیا Vogel IPR یا PI ساده اعمال می‌شود یا خیر

خواص سیال:

• نسبت تولید گاز به نفت (GOR)، بر حسب scf/STB

• برش آب (%)، که نرخ کل مایع را نسبت به نرخ نفت تعیین می‌کند

• چگالی یا وزن مخصوص سیال تولید شده (برای محاسبات نیروی بالابر و بار خالص)

• محتوای H₂S و CO₂ - عوامل تعیین‌کننده انتخاب مواد، نه پارامترهای تولید

• نرخ تولید شن و ماسه و جامدات - عامل تعیین کننده انتخاب نوع پمپ

داده‌های مکانیکی چاه:

• اندازه لوله (OD)، بر حسب اینچ - حداکثر قطر سوراخ پیستون را محدود می‌کند

• اندازه غلاف (OD و وزن) - انتخاب رشته لوله و متمرکزکننده را محدود می‌کند

• عمق چاه (عمق اندازه‌گیری شده و عمق عمودی واقعی)، بر حسب فوت

• شیب چاه و شدت پدیده dog-leg - بر انتخاب نوع پمپ و طراحی رشته میله تأثیر می‌گذارد.

• عمق سطح سیال فعلی - نقطه شروع برای محاسبه غوطه‌وری پمپ

محدودیت‌های واحد سطح:

• طول کورس واحد پمپاژ موجود (S)، بر حسب اینچ

• محدوده سرعت پمپاژ (SPM)، از مشخصات واحد

• ظرفیت گیربکس - حداکثر بار میله را محدود می‌کند

این ورودی‌ها اختیاری نیستند. محاسبه‌ی اندازه، تبدیل ساختاریافته‌ی ظرفیت مخزن به مشخصات مکانیکی است - و بدون ورودی‌های دقیق در هر پارامتر، نمی‌تواند نتیجه‌ی مفیدی ارائه دهد.

مرحله ۲: تعیین قابلیت تحویل چاه با استفاده از IPR

رابطه عملکرد جریان ورودی (IPR) تعریف می‌کند که مخزن در هر فشار جریانی مشخص در ته چاه، چه مقدار سیال می‌تواند به درون چاه تحویل دهد. برای چاه‌هایی که زیر فشار نقطه حباب تولید می‌کنند - رایج‌ترین حالت در مخازن بالغ پمپ‌شده با میله - روش IPR وگل، که در سال ۱۹۶۸ توسعه یافت و در هزاران چاه تولیدی اعتبارسنجی شد، مدل قابلیت تحویل استاندارد صنعتی را ارائه می‌دهد:

معادله IPR وگل:

q / q_max = 1 - 0.2 (Pwf / P̄r) - 0.8 (Pwf / P̄r)²

کجا:

• q = نرخ مایع در یک Pwf معین (STB/d)

• q_max = حداکثر نرخ ممکن در Pwf = 0 (AOF - جریان باز مطلق)

• Pwf = فشار جریان ته چاه (psia)

• P̄r = فشار متوسط ​​مخزن (psia)

محاسبه q_max از یک آزمایش چاه:

q_max = q_test / [1 - 0.2 (Pwf_test / P̄r) - 0.8 (Pwf_test / P̄r)²]

پس از تعیین q_max، می‌توان منحنی IPR را رسم کرد - و فشار ورودی پمپ (که توسط عمق تنظیم پمپ و سطح سیال تنظیم می‌شود) تعیین می‌کند که چاه در واقع تا کدام نقطه روی منحنی IPR تولید خواهد کرد. فشار ورودی پمپ پایین‌تر (عمق تنظیم عمیق‌تر، غوطه‌وری بیشتر) به چاه اجازه می‌دهد تا در امتداد منحنی IPR، به سمت نرخ‌های بالاتر تولید کند.

مفهوم عملی اندازه‌گیری: نرخ تولید هدف برای اهداف اندازه‌گیری باید از منحنی IPR در فشار ورودی پمپ که با عمق تنظیم برنامه‌ریزی‌شده پمپ قابل دستیابی است، خوانده شود - نه از نرخ تاریخی اندازه‌گیری شده سطحی که ممکن است نشان‌دهنده سطح سیال به طور قابل توجهی بالاتر از ورودی پمپ باشد.

برای چاه‌هایی که دارای برش آب هستند، نرخ کل مایع (نفت به علاوه آب) مقدار مربوط به اندازه جابجایی پمپ است. نرخ نفت، درآمد را تعیین می‌کند؛ نرخ کل مایع، مشخصات مکانیکی پمپ را تعیین می‌کند.

مرحله 3: محاسبه جابجایی پمپ مورد نیاز

با تعیین نرخ تولید مایع هدف از IPR، محاسبه جابجایی پمپ مورد نیاز از رابطه حجمی اساسی حاکم بر تمام عملیات پمپ رفت و برگشتی حاصل می‌شود.

فرمول خروجی پمپ مرکزی (واحدهای میدانی API):

BPD_theoretical = D² × 0.1166 × S × SPM

کجا:

• BPD_theoretical = خروجی پمپ نظری (بشکه‌های مخزن در روز)

• D = قطر سوراخ پیستون (اینچ)

• S = طول کورس مؤثر در عمق پمپ (اینچ)

• SPM = سرعت پمپاژ (ضربه در دقیقه)

• ۰.۱۱۶۶ = ثابت تبدیل واحد (واحدهای میدانی، BPD به ازای هر اینچ مربع به ازای هر اینچ به ازای هر SPM)

محاسبه راندمان حجمی:

نرخ تولید مایع واقعی به دلیل چندین منبع اتلاف حجمی، کمتر از خروجی نظری است: لغزش سیال از فاصله بین پیستون و بدنه، تداخل گاز که کسر مایع مؤثر در هر ضربه را کاهش می‌دهد، نشتی سوپاپ، و اثر تراکم‌پذیری ناشی از آزاد شدن گاز در محلول در شرایط ورودی. نسبت خروجی واقعی به خروجی نظری، راندمان حجمی (Ev) است:

BPD_actual = BPD_theoretical × Ev

راندمان حجمی در عمل میدانی معمولاً برای چاه‌هایی با GOR معنی‌دار یا برش آب از 0.70 تا 0.85 متغیر است. برای سرویس مایع تک فاز و تمیز، راندمان‌های 0.85 تا 0.90 قابل دستیابی هستند. مقدار برنامه‌ریزی 0.80 (80٪) برای اکثر چاه‌های با GOR معمولی بدون داده‌های راندمان خاص مناسب است.

حل مسئله برای قطر سوراخ پیستون مورد نیاز:

با تنظیم مجدد فرمول برای حل D با توجه به نرخ تولید هدف:

D² = Q_target / (Ev × 0.1166 × S × SPM)

D = √[Q_target / (Ev × 0.1166 × S × SPM)]

مثال کار شده:

• نرخ هدف: Q = 300 STB/d

• راندمان حجمی فرضی: Ev = 0.80

• طول کورس موجود: S = 74 اینچ (از واحد سطح)

• سرعت پمپاژ برنامه‌ریزی‌شده: SPM = 7

D² = 300 / (0.80 × 0.1166 × 74 × 7)
دی² = ۳۰۰ / ۴۸.۴
دی² = ۶.۲۰
D = 2.49 اینچ → قطر استاندارد API بعدی را انتخاب کنید = 2-1/2" (2.50")

حاشیه جابجایی طراحی - قاعده کلی میدان:

در عمل، همواره حاشیه‌ای بین حداقل جابجایی محاسبه‌شده و جابجایی واقعی انتخاب‌شده اضافه می‌شود تا کاهش تولید، تغییر سطح سیال و کاهش راندمان در طول زمان در نظر گرفته شود. یک راهنمای عملی: جابجایی پمپ را طوری طراحی کنید که ۱.۲ تا ۱.۵ برابر نرخ تولید هدف را با راندمان حجمی ۸۰٪ ارائه دهد. این حاشیه مانع از کارکرد پمپ در بالاترین حد ظرفیت خود از روز اول می‌شود - و در عین حال از جابجایی بیش از حد که باعث افزایش فشار سیال می‌شود، جلوگیری می‌کند.

مرحله 4: اندازه سوراخ پیستون استاندارد API 11AX را انتخاب کنید

مشخصات API 11AX - استاندارد حاکم برای زیرسطحیپمپ میله ای مکنده طراحی، مواد و آزمایش - اندازه‌های استاندارد سوراخ پیستون و کدهای تعیین مربوط به آنها را تعریف می‌کند. تمام پمپ‌های سازگار با API طبق این استانداردهای سوراخ تولید می‌شوند که قابلیت تعویض قطعات بین تولیدکنندگان و سازگاری با اندازه‌های لوله تعریف شده در API 5CT را تضمین می‌کند.

اندازه‌های استاندارد سوراخ پیستون API 11AX:

محدودیت بحرانی - فاصله لوله‌ها:

انتخاب قطر سوراخ پیستون توسط قطر داخلی رشته لوله (ID) محدود می‌شود. بدنه پمپ (برای پمپ‌های اینسرتی) باید با فضای کافی برای نصب، بازیابی و بای‌پس سیال، درون لوله قرار گیرد. برای هر اندازه لوله، حداکثر قطر سوراخ پیستونی وجود دارد که می‌توان بدون نیاز به تغییر لوله نصب کرد. تلاش برای نصب پمپی با قطر سوراخ ناسازگار با لوله موجود، یکی از رایج‌ترین - و قابل اجتناب‌ترین - خطاهای مشخصات در طراحی سیستم بالابر میله‌ای است.

اگر قطر سوراخ مورد نیاز محاسبه شده از حداکثر قطر سازگار با لوله موجود بیشتر باشد، انتخاب این است که یا اندازه رشته لوله را افزایش دهید (یک تعمیر اساسی) یا با تنظیم طول ضربه یا SPM، جابجایی مورد نیاز را با بزرگترین سوراخ متناسب با تکمیل موجود، جبران کنید.

مرحله ۵: عمق تنظیم پمپ و میزان غوطه‌وری را تعیین کنید

عمق تنظیم پمپ، فشار ورودی پمپ را تعیین می‌کند که به نوبه خود تعیین می‌کند چاه در کجای منحنی IPR واقعاً تولید می‌کند. تنظیم پمپ در عمق بیشتر (غوطه‌وری بیشتر) فشار ورودی پمپ را کاهش می‌دهد، نقطه کار را در منحنی IPR پایین‌تر می‌برد و تولید را افزایش می‌دهد - تا حد ظرفیت جابجایی پمپ.

فشار ورودی پمپ از ستون سیال:

ورودی_پتانسیل = محفظه_پتانسیل + (سیال_ρ × سیال_h) / 144

کجا:

• P_intake = فشار ورودی پمپ (psia)

• P_casing = فشار سطح حلقه‌های پوشش (psia)

• ρ_fluid = چگالی سیال حلقوی (lb/ft³)

• h_fluid = ارتفاع ستون سیال بالای ورودی پمپ (فوت)

حداقل غوطه‌وری مورد نیاز:

فشار ورودی پمپ باید از فشار نقطه حباب سیال تولیدی در شرایط پمپ بیشتر باشد تا حجم گاز آزاد ورودی به پمپ به حداقل برسد. اگر فشار ورودی پمپ به زیر نقطه حباب برسد، مقدار گاز آزاد همراه با مایع وارد پمپ می‌شود که باعث کاهش راندمان حجمی و افزایش خطر قفل گازی و پوند سیال می‌شود.

حداقل غوطه‌وری عملی (ارتفاع ستون سیال بالای پمپ) برای حفظ فشار ورودی بالاتر از نقطه حباب، به گرادیان سیال و فشار محفظه بستگی دارد. در عمل، حداقل مورد استفاده برای چاه‌های با GOR معمولی، 200 تا 500 فوت ستون سیال بالای پمپ است؛ چاه‌های گازدار یا چاه‌هایی با فشار ورودی پمپ کم نسبت به نقطه حباب ممکن است به غوطه‌وری بیشتری نیاز داشته باشند.

غوطه‌وری بهینه در مقابل غوطه‌وری بیش از حد:

در حالی که غوطه‌وری بیشتر شرایط ورود سیال را بهبود می‌بخشد، قرار دادن پمپ در عمق بیشتر از حد لازم، طول و وزن رشته میله را افزایش می‌دهد، بارهای سازه‌ای روی همه اجزا را افزایش می‌دهد و هزینه‌های تعمیر را در هنگام نیاز به بازیابی پمپ افزایش می‌دهد. پمپ باید در عمقی قرار گیرد که سطح سیال در نرخ تولید برنامه‌ریزی شده تثبیت شود - نه تا جایی که چاه از نظر فیزیکی اجازه می‌دهد.

در عمل، بررسی‌های صوتی سطح سیال و فشارسنج‌های درون چاهی، داده‌های مورد نیاز برای تعیین سطح واقعی سیال تثبیت‌شده در یک نرخ تولید معین را فراهم می‌کنند و پمپ باید کمی پایین‌تر از این سطح (200 تا 400 فوت عمیق‌تر از سطح سیال تثبیت‌شده) تنظیم شود تا از غوطه‌وری کافی در شرایط مختلف جریان ورودی اطمینان حاصل شود.

مرحله 6: نوع پمپ را برای شرایط خاص چاه انتخاب کنید

دانستن قطر سوراخ مورد نیاز و عمق تنظیم برای مشخصات کامل پمپ لازم است اما کافی نیست. نوع پمپ - که با پیکربندی مکانیکی آن تعریف می‌شود - باید با ویژگی‌های واقعی سیال و هندسه چاه نصب مطابقت داشته باشد. API 11AX پمپ‌ها را بر اساس نوع لنگر (بالا در مقابل پایین)، نوع بشکه (ثابت در مقابل متحرک) و سبک پمپ (میله‌ای/درج در مقابل لوله‌ای) طبقه‌بندی می‌کند و هر پیکربندی کاربردهای بهینه و نیمه بهینه دارد.

برای چاه‌هایی با تولید شن:

بشکه متحرک با پیکربندی لنگر کف، موثرترین طرح برای چاه‌های تولیدکننده ماسه است. از آنجا که بشکه با رشته میله حرکت می‌کند و لنگر در کف ثابت می‌ماند، سیال در حرکت ثابت درون پمپ نگه داشته می‌شود - و از ته‌نشین شدن ماسه بین پیستون و بشکه در دوره‌های سکون جلوگیری می‌کند. این پیکربندی مستقیماً مکانیسم گرفتگی ماسه را که باعث خرابی سریع پمپ در چاه‌های ماسه‌ای می‌شود، برطرف می‌کند.

علاوه بر این، طراحی ورودی جانبی (جانبی) - که در آن سیال تولید شده از طریق دریچه‌هایی در دیواره بشکه به جای کف وارد پمپ می‌شود - مانع از ورود مستقیم ستون شن انباشته شده به بالای شیر ایستاده می‌شود. این دو ویژگی طراحی در کنار هم - بشکه متحرک با لنگر کف و ورودی جانبی - استاندارد مهندسی فعلی برای پمپ‌ها در محیط‌های تولید شن و ماسه قابل توجه را نشان می‌دهند.

برای چاه‌های گازدار:

یک بشکه ثابت با پیکربندی لنگر بالایی زمانی بهترین عملکرد را دارد که چاه مقادیر قابل توجهی گاز آزاد همراه با مایع تولید کند. قرارگیری لنگر بالایی، شیر ایستاده را در طول چرخه پمپ در سیال غوطه‌ور نگه می‌دارد و از تجمع گاز در شیر و ایجاد قفل جلوگیری می‌کند. این پیکربندی زمانی بیشترین تأثیر را دارد که با یک جداکننده گاز درون چاهی (جداکننده ضعیف) ترکیب شود که گاز محفظه را قبل از ورود به محفظه فشرده‌سازی، از ورودی پمپ دور می‌کند.

برای چاه‌هایی با تداخل شدید گاز - که حتی پیکربندی لنگر بالایی و جداکننده گاز برای جلوگیری از قفل گاز کافی نیست - یک شیر ورودی با محرک مکانیکی، کنترل مثبت ورودی را در هر ضربه فراهم می‌کند و با اطمینان از باز و بسته شدن شیر با فرمان، نه در پاسخ به اختلاف فشار که تداخل گاز می‌تواند آن را مختل کند، از قفل گاز جلوگیری می‌کند.

برای چاه‌های عمیق (زیر ۲۶۰۰ متر / حدود ۸۵۰۰ فوت):

نیازهای ساختاری روی بدنه پمپ در اعماقی که ستون سیال هیدرواستاتیک فشار تفاضلی بالایی در سراسر پمپ ایجاد می‌کند، به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. ساختار استاندارد بدنه تک جداره می‌تواند تحت این فشارهای تفاضلی به صورت الاستیک تغییر شکل دهد - پدیده‌ای که به عنوان اثر تنفسی شناخته می‌شود - که به صورت چرخه‌ای فاصله بین پیستون و بدنه را تغییر می‌دهد و سایش را تسریع می‌کند. ساختار بدنه دو لایه یا بدنه ضخیم، بار فشار را در سطح مقطع بزرگتری توزیع می‌کند، تغییر شکل ناشی از تنفس را از بین می‌برد و یکپارچگی ابعادی جفت پیستون و بدنه را در طول عمر مفید پمپ در عمق حفظ می‌کند.

پمپ‌هایی با ساختار لوله‌ای دیواره ضخیم که به‌طور خاص برای چاه‌های عمیق - با ظرفیت ۱۰۰۰۰ فوت و بالاتر - طراحی شده‌اند، مستقیماً به این نیاز ساختاری پاسخ می‌دهند و عمر مفید طولانی‌تری را در عمقی که ساختار استاندارد نمی‌تواند ارائه دهد، فراهم می‌کنند.

برای چاه‌های بازیابی حرارتی با دمای بالا:

تزریق بخار، SAGD و محیط‌های تولید سیال داغ، دماهایی را به پمپ تحمیل می‌کنند که می‌تواند از 300 درجه سانتیگراد فراتر رود. اجزای الاستومری استاندارد، مواد بشکه از جنس فولاد کربنی و آلیاژهای نشیمنگاه سوپاپ معمولی، همگی در این دماها به سرعت تخریب می‌شوند. پمپ‌های مورد استفاده در خدمات بازیابی حرارتی، در کل به ساخت آلیاژهای ویژه نیاز دارند - از جمله مواد بوش آلیاژی با نیکل بالا که قادر به حفظ خواص مکانیکی در دماهای عملیاتی هستند که گریدهای آلیاژی استاندارد را از بین می‌برند. چنین موادی در عملیات بازیابی حرارتی دشوار، از جمله محیط‌های تزریق بخار میدان نفتی لیائو، که در آنها دمای بسیار بالا و بارگذاری حرارتی چرخه‌ای از چالش‌های اصلی طراحی پمپ هستند، به صورت میدانی اعتبارسنجی شده‌اند.

مرحله 7: کد تعیین پمپ API 11AX را بخوانید

هر سازگار با APIپمپ میله ای مکنده دارای یک کد تعیین استاندارد تعریف شده در API 11AX است که پارامترهای کلیدی ابعادی و پیکربندی پمپ را در یک رشته الفبایی-عددی فشرده کدگذاری می‌کند. درک این کد به مهندسان و تیم‌های تدارکات اجازه می‌دهد تا بدون ابهام تأیید کنند که مشخصات پمپ با الزامات چاه مطابقت دارد.

ساختار نامگذاری API 11AX:

[کد اندازه لوله] – [کد قطر داخلی] [کد نوع] – [کد طول لوله] – [کد طول پیستون] – [کد محل قرارگیری مجموعه]

مثال: 20-175 RHBC-12-4-2

تجزیه و تحلیل این:

کدهای نوع رایج:

تأیید کامل مشخصات API 11AX با مشخصات چاه - به جای پذیرش شرح شفاهی یا خلاصه‌ای از پمپ - تضمین می‌کند که تجهیزات تحویل داده شده با مشخصات مورد نیاز مطابقت دارند. این بررسی به ویژه هنگام تهیه پمپ برای چاه‌هایی با شرایط خاص سیال (شن، گاز، خوردگی، عمق) که کد نوع پیکربندی اهمیت عملیاتی مستقیمی دارد، اهمیت دارد.

اشتباهات رایج در انتخاب سایز و نحوه جلوگیری از آنها

حتی مهندسان باتجربه هم در تعیین اندازه پمپ‌های میله‌ای مکنده اشتباهات سیستماتیکی مرتکب می‌شوند. اینها رایج‌ترین اشتباهات مشاهده شده و پیامدهای آنها هستند:

اندازه‌گیری برای حداکثر نرخ نظری بدون حاشیه کارایی:

استفاده از فرمول نظری خروجی پمپ بدون اعمال یک راندمان حجمی واقع‌بینانه - یا اعمال یک مقدار راندمان خوش‌بینانه (0.90 یا بالاتر) برای چاهی با GOR معنی‌دار - منجر به انتخاب قطر چاهی می‌شود که برای عملکرد واقعی میدان بسیار کوچک است. پمپ به محل مورد نظر که برای شرایط عملیاتی واقعی چاه کوچک‌تر از اندازه واقعی آن است، می‌رسد، با کاهش سطح سیال، پوند سیال افزایش می‌یابد و تعمیر اولیه ضروری می‌شود.

استفاده از طول ضربه سطحی بدون اصلاح کشش میله:

طول ضربه‌ای که پیستون پمپ در عمق (حرکت رو به پایین) تجربه می‌کند، به دلیل کشش الاستیک رشته میله، کوتاه‌تر از حرکت رو به پایین در سطح است. برای چاه‌های عمیق با بارهای سنگین میله، تفاوت بین حرکت رو به پایین در سطح و حرکت رو به پایین در پایین می‌تواند چندین اینچ باشد - که به طور قابل توجهی بر محاسبات جابجایی تأثیر می‌گذارد. استفاده از طول ضربه سطحی بدون اصلاح کشش میله، تخمین بیش از حد خروجی پمپ را ایجاد می‌کند که منجر به قطر سوراخ کوچکتر از حد مورد نیاز می‌شود.

انتخاب قطر سوراخ بزرگتر از فاصله بین لوله‌ها، موارد زیر را ممکن می‌سازد:

اولین و مهمترین خطای اندازه گیری - انتخاب قطر داخلی پیستون که از نظر فیزیکی قابل نصب در لوله کشی موجود نیست - قابل اجتناب ترین خطا نیز هست. قبل از سفارش پمپ، هر انتخاب اندازه قطر داخلی باید با قطر داخلی رشته لوله کشی مورد نظر بررسی مجدد شود.

نادیده گرفتن اثرات شیب چاه بر نوع پمپ:

یک نوع پمپ که در یک چاه عمودی عملکرد صحیحی دارد، ممکن است در یک چاه انحرافی عملکرد ضعیفی داشته باشد. شدت پدیده Dog-leg بر بارگذاری میله، الگوهای سایش و رفتار ته‌نشینی ماسه درون پمپ تأثیر می‌گذارد. انتخاب نوع پمپی که هندسه چاه را در نظر نگیرد، صرف نظر از میزان دقت محاسبه جابجایی، باعث کاهش طول عمر مفید پمپ می‌شود.

افزایش بیش از حد ظرفیت پمپ برای به حداکثر رساندن تولید:

افزایش قطر چاه بیش از آنچه عملکرد جریان ورودی می‌تواند تحمل کند، باعث می‌شود که پمپ چاه را سریع‌تر از پر کردن مجدد مخزن، خالی کند. این امر منجر به پوند سیال - شوک مکانیکی پیستون که در حین حرکت رو به پایین به سطح مایع برخورد می‌کند - می‌شود که با هر حرکت به اتصالات میله و نشیمنگاه‌های شیر آسیب می‌رساند. تجزیه و تحلیل میدانی نشان می‌دهد که افزایش اندازه پمپ، تنش میله را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود که اندازه بزرگ نه تنها از نظر اقتصادی غیربهینه باشد، بلکه از نظر مکانیکی نیز آسیب‌زا باشد. هدف صحیح اندازه‌گیری، ظرفیت جابجایی است که با جریان ورودی مخزن با یک حاشیه کنترل‌شده مطابقت داشته باشد - نه حداکثر جابجایی که رشته لوله می‌تواند در خود جای دهد.

چرا دقت در تولید، اندازه گیری شما را در عمل عملی می کند؟

پمپی که روی کاغذ به درستی اندازه گیری شده باشد، تنها در صورتی در میدان عمل به درستی عمل می‌کند که پمپ فیزیکی با تلرانس‌های ابعادی که در محاسبه اندازه گیری فرض شده است، تولید شده باشد. فرمول اندازه گیری، جابجایی را بر اساس قطر اسمی سوراخ محاسبه می‌کند - اما جابجایی واقعی به فاصله فیزیکی بین پیستون و بدنه پمپ خاص نصب شده بستگی دارد.

اگر لقی بین پیستون و بدنه پمپ بیشتر از مقدار مشخص شده در زمان نصب باشد، بلافاصله راندمان حجمی را کاهش می‌دهد - پمپ تولید واقعی کمتری نسبت به محاسبات اندازه پیش‌بینی شده از روز اول ارائه می‌دهد. با پیشرفت سایش، لقی بیشتر می‌شود و راندمان به تدریج کاهش می‌یابد. پمپ‌هایی که تا انتهای تنگ تلرانس‌های API 11AX ساخته می‌شوند، با راندمان بالاتر شروع به کار می‌کنند و لقی قابل قبول را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند، قبل از اینکه کاهش راندمان نیاز به تعمیر داشته باشد.

فراتر از فاصله اولیه، توانایی بشکه در حفظ هندسه ابعادی خود تحت فشار عملیاتی، تعیین می‌کند که اندازه‌گذاری تا چه مدت دقیق باقی می‌ماند. در بشکه‌های با دیواره استاندارد، اثر تنفس - تغییر شکل الاستیک چرخه‌ای بشکه تحت فشار تفاضلی - فاصله بین پیستون و بشکه را با هر ضربه تغییر می‌دهد و به سایش تسریع شده و کاهش تدریجی راندمان کمک می‌کند. ساختار بشکه با دیواره ضخیم این مکانیسم تغییر شکل را از بین می‌برد و رابطه ابعادی بین پیستون و بشکه را حفظ می‌کند، به طوری که محاسبه اندازه‌گذاری برای طول عمر پمپ و نه فقط در زمان نصب، مشخص شده است.

تولید دارای گواهینامه ISO 9001 با رعایت API 11AX، چارچوب مدیریت کیفیتی را فراهم می‌کند که تضمین می‌کند این تلرانس‌ها به طور مداوم حفظ می‌شوند - نه فقط در آزمایشگاه، بلکه در سراسر دسته‌های تولید. برای عملیاتی که چندین پمپ را برای توسعه میدان تأمین می‌کنند، ثبات تولید بین واحدها چیزی است که پیش‌بینی‌های تولید در سطح ناوگان را بر اساس محاسبات اندازه پمپ قابل اعتماد می‌کند.

سوالات متداول

س: مهمترین متغیر برای انتخاب صحیح اندازه پمپ میله‌ای مکنده چیست؟

قطر سوراخ پیستون، مهم‌ترین متغیر در تعیین اندازه پمپ است، زیرا عامل اصلی تعیین‌کننده جابجایی پمپ است - و پس از نصب پمپ بدون نیاز به تعمیر، نمی‌توان آن را به راحتی تغییر داد. قطر سوراخ باید از داده‌های دقیق جریان ورودی مخزن با استفاده از یک راندمان حجمی واقع‌بینانه، محدود به قطر داخلی واقعی لوله، محاسبه شود و قبل از سفارش، با اندازه‌های استاندارد سوراخ API 11AX تأیید شود. خطاها در انتخاب قطر سوراخ یا باعث کمبود مزمن تولید یا افزایش مزمن پوند سیال می‌شود که اصلاح هر دو پرهزینه است.

س: GOR چگونه بر اندازه پمپ میله‌ای مکنده تأثیر می‌گذارد و چه تنظیماتی لازم است؟

GOR بالا با وارد کردن گاز قابل تراکم به محفظه تراکم پمپ، راندمان حجمی را کاهش می‌دهد. گاز در حرکت رو به بالا حجمی را اشغال می‌کند که در غیر این صورت می‌توانست توسط مایع پر شود و باید در حرکت رو به پایین قبل از باز شدن شیر متحرک فشرده شود - که باعث کاهش جابجایی مؤثر مایع در هر حرکت می‌شود. برای چاه‌های با GOR بالا، راندمان حجمی فرض شده در محاسبه اندازه باید کاهش یابد (معمولاً به 0.65-0.75 به جای استاندارد 0.80) و قطر سوراخ بزرگتری برای جبران کاهش راندمان انتخاب شود. علاوه بر این، یک جداکننده گاز در ورودی پمپ و نوع پمپ پیکربندی شده برای قرار دادن لنگر بالایی باید مشخص شود تا بلع گاز آزاد به حداقل برسد.

س: عمق چاه چگونه بر تصمیمات مربوط به اندازه پمپ تأثیر می‌گذارد؟

عمق چاه از سه طریق بر اندازه تأثیر می‌گذارد. اول، تنظیمات عمیق‌تر، رشته‌های میله‌ای بلندتری ایجاد می‌کنند که تحت بار بیشتر کشیده می‌شوند - که نیاز به اصلاح کشش میله برای طول ضربه چاه مورد استفاده در محاسبات جابجایی دارد. دوم، عمق بیشتر به معنای فشار دیفرانسیل هیدرواستاتیک بالاتر در سراسر بشکه است که خطر تغییر شکل بشکه (اثر تنفس) را در ساخت دیواره استاندارد افزایش می‌دهد و پایداری راندمان حجمی بلندمدت را کاهش می‌دهد. سوم، تنظیمات عمیق‌تر، وزن کل ستون سیال و الزامات بالابری خالص را افزایش می‌دهد که بارهای سازه‌ای روی رشته میله‌ای و واحد سطح را افزایش می‌دهد و باید در طراحی رشته میله‌ای و انتخاب واحد سطح منعکس شود. برای تنظیمات زیر 2600 متر (تقریباً 8500 فوت)، ساخت بشکه با دیواره ضخیم یا دو لایه، استاندارد مهندسی برای حفظ پایداری ابعادی در این شرایط عملیاتی است.

س: وقتی داده‌های آزمایش چاه در دسترس نیست، راندمان حجمی صحیح برای استفاده چقدر است؟

وقتی هیچ داده اندازه‌گیری شده‌ای از راندمان چاه در دسترس نیست، مقدار برنامه‌ریزی‌شده ۰.۸۰ (۸۰٪) استاندارد میدانی پرکاربرد برای چاه‌های با GOR معمولی و برش آب متوسط ​​است. برای چاه‌های با GOR بالا (بالای ۵۰۰ scf/STB در شرایط پمپ)، این مقدار را به ۰.۶۵ تا ۰.۷۵ کاهش دهید. برای سرویس مایع تمیز و تک فاز در چاه‌های کم‌عمق با GOR پایین، ۰.۸۵ منطقی است. این مقادیر برنامه‌ریزی‌شده باید به محض در دسترس قرار گرفتن، با داده‌های اندازه‌گیری‌شده راندمان - که از تجزیه و تحلیل دایناکارد یا آزمایش تولید پس از نصب به دست آمده‌اند - جایگزین شوند و اگر راندمان اندازه‌گیری‌شده تفاوت قابل توجهی با مقدار برنامه‌ریزی‌شده داشته باشد، اندازه پمپ باید بررسی شود.

س: چگونه می‌توانم تأیید کنم که پمپی که دریافت می‌کنم با مشخصاتی که سفارش داده‌ام مطابقت دارد؟

کد تعیین پمپ API 11AX چارچوب تأیید را فراهم می‌کند. کد تعیین موجود در مستندات پمپ را با مشخصاتی که سفارش داده‌اید - شامل کد اندازه لوله، کد سوراخ، حروف مدل پمپ، نوع لنگر، نوع بشکه، طول بشکه و طول پیستون - مطابقت دهید. تأیید کنید که سازنده دارای گواهینامه ISO 9001 و مجوز مونوگرام API 11AX است که تضمین می‌کند سیستم مدیریت کیفیت حاکم بر تولید پمپ به طور مستقل حسابرسی شده است. بررسی‌های ابعادی فیزیکی قطر سوراخ پیستون و سوراخ بشکه باید با استفاده از گیج‌های کالیبره شده در هنگام دریافت انجام شود تا تأیید شود که پمپ قبل از قرار گرفتن در زمین، مشخصات تلرانس را برآورده می‌کند.

نتیجه‌گیری

تعیین اندازه پمپ میله‌ای مکشی یک محاسبه واحد نیست - بلکه یک توالی ساختاریافته است که قابلیت تحویل مخزن را به مشخصات مکانیکی، گام به گام، تبدیل می‌کند. این فرآیند با شروع از داده‌های عملکرد جریان ورودی، از طریق محاسبه جابجایی، انتخاب قطر چاه، تعیین عمق تنظیم و تطبیق نوع پمپ با شرایط چاه، قبل از رسیدن به مشخصات کامل پمپ API 11AX، پیش می‌رود. هر مرحله به دقت ورودی‌های قبل از آن بستگی دارد و خطاها در هر مرحله به مشخصات نهایی منتقل می‌شوند.

پیامدهای عملی انتخاب درست یا نادرست اندازه، در نرخ تولید، تعداد دفعات تعمیر و هزینه بالابری به ازای هر بشکه در طول عمر مفید چاه سنجیده می‌شود. یک پمپ با اندازه و مشخصات صحیح که مطابق با تلرانس‌های API 11AX ساخته شده باشد، از روز اول با راندمان طراحی شده کار می‌کند، این راندمان را در طول عمر مفید خود حفظ می‌کند و نیاز به مداخله در یک برنامه برنامه‌ریزی شده به جای یک برنامه اضطراری دارد. این نتیجه، نتیجه مستقیم نظم و انضباط مهندسی اعمال شده قبل از ورود پمپ به زمین است - نه هیچ گونه تنظیمی که پس از نصب امکان‌پذیر باشد.

فرآیند گام به گام در این راهنما، چارچوبی است که آن نتیجه را در میان مجموعه‌ای از چاه‌ها، در شرایط مختلف مخزن و در طول عمر تولیدی کامل یک میدان، قابل تکرار می‌کند.