در زمینه استخراج نفت، تجهیزات بازیابی نفت از پمپ چاه عمیق، تجهیزات اصلی برای تحقق انتقال نفت خام زیرزمینی به زمین هستند. در میان آنها، پمپ نفت از نوع پرتویی-دستگاه پمپ نفت به دلیل قابلیت اطمینان بالا و سازگاری قوی، به یکی از پرکاربردترین انواع تبدیل شده است. این دستگاه از یک بخش زمینی و یک بخش زیرزمینی تشکیل شده است: بخش زمینی شامل یک واحد پمپاژ و یک دستگاه سرچاهی برای پمپاژ چاه‌های نفت است، در حالی که بخش زیرزمینی از یک میله پمپاژ، یک پمپ پمپاژ، یک لوله نفت و سایر اجزا تشکیل شده است. در مجموعه کامل تجهیزات، واحد پمپاژ، میله پمپاژ و پمپ نفت هسته‌های کلیدی برای تحقق استخراج نفت خام هستند. این سه با هم کار می‌کنند تا یک سیستم "سه دستگاه پمپاژ" را تشکیل دهند تا به طور مشترک کل فرآیند را از استخراج نفت خام زیرزمینی تا انتقال زمینی تکمیل کنند. عملکرد و کارایی همکاری آن مستقیماً اقتصاد تولید و استخراج چاه نفت را تعیین می‌کند.
واحد پمپاژ:
به عنوان واحد قدرت زمینی "سه دستگاه پمپاژ"،واحد پمپاژ روغناین دستگاه وظیفه مهم تبدیل انرژی الکتریکی به حرکت رفت و برگشتی مکانیکی و تأمین نیرو برای تولید نفت زیرزمینی را بر عهده دارد. این دستگاه یک قطب کلیدی است که انرژی زمینی و عملیات زیرزمینی را به هم متصل می‌کند. این دستگاه از طریق همکاری دقیق با میله‌های مکنده و پمپ‌های نفت، به طور مداوم نفت خام زیرزمینی را به زمین استخراج می‌کند و به طور گسترده در انواع مختلف چاه‌های نفت مانند چاه‌های کم‌عمق و متوسط و چاه‌های عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۱. طبقه‌بندی:
روش‌های طبقه‌بندی مختلفی برای واحدهای پمپاژ وجود دارد. هسته را می‌توان بر اساس ویژگی‌های ساختاری و تعادل تقسیم‌بندی کرد. انواع مختلف برای شرایط کاری مختلف چاه نفت مناسب هستند تا نیازهای متنوع معدنکاری را برآورده کنند.
۱. تقسیم بر اساس ساختار：
پمپ روغن نوع تیر متحرک: این نوع در حال حاضر پرکاربردترین نوع است که به نام جزء کلیدی "تیر متحرک" در ساختار نامگذاری شده است. ویژگی اصلی آن این است که سر خر را به سمت پایین از طریق نوسان تیر حرکت می‌دهد و سپس میله مکنده را می‌کشد. با توجه به موقعیت نسبی براکت و مکانیزم میله اتصال میل لنگ، می‌توان آن را به نوع معمولی و نوع رو به جلو (نوع جلو) تقسیم کرد. براکت واحد پمپاژ تیر معمولی بین سر خر و مکانیزم میله اتصال میل لنگ قرار دارد. ساختار متقارن است و پایداری قوی دارد. برای اکثر چاه‌های نفت معمولی مناسب است. مکانیزم میله اتصال میل لنگ واحد پمپاژ تیر رو به جلو بین سر خر و براکت تیر قرار دارد. بدنه جمع و جورتر است و مساحت کمی را پوشش می‌دهد، به خصوص برای مناطقی با فضای محدود محل چاه، مانند میدان‌های نفتی حاشیه‌ای شهری یا سازندهای چاه فشرده مناسب است.
واحد پمپاژ بدون تیر: در مقایسه با واحد پمپاژ بدون تیر، واحد پمپاژ بدون تیر، ساختار سنتی بدون تیر را حذف کرده و انتقال نیرو را از طریق انتقال هیدرولیک، انتقال زنجیری یا انتقال پیچی انجام می‌دهد. این واحد از مزایای اندازه کوچک، وزن سبک و کورس حرکتی طولانی برخوردار است. انواع رایج آن شامل واحدهای پمپاژ هیدرولیک، واحدهای پمپاژ زنجیری، واحدهای پمپاژ پیچی و غیره است که برای چاه‌های عمیق، چاه‌های بسیار عمیق یا چاه‌های نفت سنگین مناسب هستند.
۲. تقسیم بر مانده:
نوع تعادل تیر: یک وزنه تعادل در انتهای تیر نصب شده است تا با تنظیم موقعیت و وزن وزنه، بار را در انتهای سر خر متعادل کند. ساختار آن ساده و نگهداری آن آسان است، اما دقت تعادل آن کم است. برای چاه‌های نفت با بار کم و کورس کوتاه مناسب است.
نوع تعادل میل لنگ: یک وزنه تعادل روی میل لنگ قرار می‌گیرد تا بار را با استفاده از نیروی گریز از مرکز هنگام چرخش میل لنگ متعادل کند. اثر تعادل پایدارتر است و با شرایط بار متوسط و زیاد سازگار است. در حال حاضر این روش تعادل رایج از نوع تیر است.واحد پمپاژ روغن.
نوع تعادل مرکب: با ترکیب مزایای تعادل تیر و تعادل میل لنگ، یک وزنه تعادل هم روی تیر و هم روی میل لنگ تنظیم می‌شود که می‌تواند نوسانات بار را به طور مؤثر کاهش دهد و برای چاه‌های عمیق با بار زیاد و کورس طولانی یا چاه‌های نفت با بازده بالا مناسب است.
Ⅱ. اصل کار:
جوهره فرآیند کارواحد پمپاژ روغنفرآیند "تبدیل و انتقال انرژی" است. هسته اصلی آن تبدیل حرکت چرخشی پرسرعت خروجی موتور به حرکت رفت و برگشتی کم سرعت سر الاغ از طریق انتقال چند مرحله‌ای است. این فرآیند را می‌توان به سه مرحله کلیدی تقسیم کرد:
۱. ورودی توان و کاهش سرعت: موتور انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند، حرکت چرخشی پرسرعت تولید می‌کند و آن را از طریق کوپلینگ به گیربکس منتقل می‌کند. کاهش سرعت چند مرحله‌ای در داخل گیربکس از طریق یک مجموعه چرخ‌دنده انجام می‌شود که سرعت را به سرعت پایین مورد نیاز میل‌لنگ کاهش می‌دهد، در حالی که گشتاور را برای برآورده کردن الزامات بار درون چاهی تقویت می‌کند.
۲. حرکت چرخشی به حرکت نوسانی تبدیل می‌شود: شفت خروجی گیربکس، میل‌لنگ را برای انجام حرکت چرخشی با سرعت کم به حرکت در می‌آورد و میل‌لنگ از طریق یک میله رابط به بازوی عقب (یا ساعد) تیر متصل می‌شود. هنگامی که میل‌لنگ می‌چرخد، میله رابط، تیر را هل می‌دهد یا می‌کشد تا در اطراف تکیه‌گاه براکت به بالا و پایین نوسان کند و تبدیل «حرکت چرخشی → حرکت نوسانی» را محقق سازد.
۳. حرکت رفت و برگشتی و انتقال بار: یک سر الاغ در انتهای جلویی تیر نصب شده است و سر الاغ از طریق یک آویز طنابی به میله پمپاژ روغن متصل است. با چرخش تیر، سر الاغ به طور همزمان به بالا و پایین حرکت می‌کند و میله مکنده کششی، پیستون پمپ روغن زیرزمینی را برای انجام حرکت رفت و برگشتی عمودی هدایت می‌کند و در نهایت نفت خام را از زیر زمین بیرون می‌کشد. در این فرآیند، بارهایی مانند وزن ستون مایع بالای پیستون، وزن ستون میله مکنده و غیره از طریق آویز طنابی به سر الاغ منتقل می‌شوند، بنابراین طراحی استحکام سر الاغ و تیر باید الزامات بار با استحکام بالا را برآورده کند.
Ⅲ پارامترهای فنی کلیدی:
عملکرد واحد پمپاژ از طریق تعدادی از پارامترهای کلیدی منعکس می‌شود که باید با توجه به عواملی مانند ظرفیت تولید چاه نفت، عمق چاه و خواص فیزیکی نفت خام، به طور منطقی انتخاب شوند:
کورس: به حداکثر فاصله از سر خر تا پایین اشاره دارد که مستقیماً کورس پیستون پمپ روغن را تعیین می‌کند. هرچه کورس بزرگتر باشد، مایع بیشتری در یک زمان واحد پمپ می‌شود که برای چاه‌های نفت با بازده بالا مناسب است.
ضربه: به تعداد دفعات بالا و پایین رفتن سر الاغ در دقیقه اشاره دارد. هرچه ضربه بیشتر باشد، تعداد دفعات پمپاژ سیال در واحد زمان بیشتر است، اما ضربه خیلی بالا خطر آسیب خستگی به میله مکنده را افزایش می‌دهد.
بار نقطه تعلیق: به حداکثر بار تحمل شده توسط نقطه تعلیق سر خر، شامل وزن میله پمپاژ، وزن ستون مایع و بار اضافی اشاره دارد که اساس اصلی برای طراحی مقاومت واحد پمپاژ است.
مواد مرجع：
[1] ددد مجله ماشین‌آلات نفتی ددد، 2022، جلد 50، شماره 3، ددد بهینه‌سازی سازه‌ای و تحقیقات کاربردی از نوع تیرواحد پمپاژ نفتددد
[2] سینوپک ددد اکتشاف و توسعه نفت ددد 2023، جلد 50، شماره 2، ددد پیشرفت در کاربرد واحدهای پمپاژ غیر پرتویی در استخراج چاه‌های عمیق ددد
[3] ددد مهندسی زمین میدان نفت و گاز ددد جلد 40، شماره 11، 2021 ددد تحقیق در مورد بهینه سازی روش تعادل واحدهای پمپاژ و بهبود بهره وری انرژی ددد
[4] ددد طراحی و ساخت مکانیکی" شماره 8، 2022 دددد طراحی و تحلیل قابلیت اطمینان کاهندهواحد پمپاژ نفتددد
[5] ددد مهندسی چاه نفت و گاز ددد دوره 6، شماره 1، 2023 ددد تحقیق در مورد بهینه سازی پارامتر و تطبیق ظرفیت واحد پمپاژ ددد