Dans les opérations d'extraction de pétrole, l'équipement de récupération de pétrole par pompe à puits profond est l'équipement de base pour ouvrir le canal de distribution de pétrole brut souterrain jusqu'au sol, et le type de poutrepompe à tige de pompage-pompe à tige de pompageCe dispositif, grâce à son excellente fiabilité et à sa forte adaptabilité environnementale, occupe une place importante dans divers équipements de récupération du pétrole et est devenu l'un des plus utilisés. Son fonctionnement comprend l'unité de pompage, la tige de pompage et lepompe à tige de pompagejouent un rôle central. Ces trois équipements coopèrent étroitement pour former un système collaboratif de « trois équipements de pompage », participant à chaque étape, de l'extraction souterraine du pétrole brut au transport terrestre. On peut affirmer que le niveau de performance de ces trois équipements et l'efficacité de leur coopération sont directement liés au rendement final du puits de pétrole et jouent également un rôle déterminant dans la maîtrise des coûts du processus d'extraction.
Lepompe à tige de pompage(également appelée pompe de puits profond) est l'actionneur de fond des trois équipements de pompage. Elle est située à une certaine profondeur sous le niveau dynamique du liquide dans le puits (généralement 50 à 100 m). Elle exploite la puissance transmise par la tige de pompage pour extraire le pétrole brut. C'est un élément clé qui détermine le débit réel du puits de pétrole.
Ⅰ. Classification :
La classification depompe à tige de pompages Elles reposent sur une installation souterraine et se divisent principalement en deux catégories : les pompes tubulaires et les pompes à tige. Ces deux catégories diffèrent considérablement par leur structure, leur déplacement et leurs applications, et doivent être choisies en fonction des conditions du puits de pétrole.
1. Pompe tubulaire : Le corps de la pompe tubulaire est raccordé au tube par un filetage et l'ensemble s'enfonce dans le puits. Sa structure est simple, son diamètre est important (généralement de 56 à 114 mm), sa cylindrée importante (une seule course peut atteindre 50 à 200 L), et ses coûts de fabrication et de maintenance sont faibles. Son avantage réside dans son adaptation aux puits de pétrole à haut rendement. De plus, la paroi interne lisse du cylindre de la pompe et le canal d'écoulement dégagé la rendent adaptée aux puits de pétrole contenant davantage de sable et moins de gaz. Cependant, l'inspection de la pompe tubulaire nécessite le démontage de tous les tuyaux d'huile et son cycle de fonctionnement est long. Elle est donc plus adaptée aux conditions de fonctionnement des puits de pétrole peu profonds, avec un rendement stable et un faible taux de défaillance.
2. Pompe à tige : Le corps de la pompe est relié à la tige de pompage, qui descend dans le puits. L'inspection de la pompe peut être réalisée sans ouvrir le tuyau de sortie de pétrole (le cycle ne dure que 8 à 12 heures). L'efficacité de l'inspection est élevée. Cependant, son diamètre et sa cylindrée sont faibles. Elle convient aux puits profonds ou ultra-profonds à faible débit et de grande profondeur, ainsi qu'aux puits de pétrole fortement encrassés et nécessitant des inspections fréquentes.
Ⅱ. Principe de fonctionnement :
Le processus de travail dupompe à tige de pompageBasé sur le principe d'aspiration à pression négative et de refoulement à pression positive, l'extraction continue du pétrole brut est assurée par le mouvement alternatif du piston. Un cycle complet (une course) comprend deux phases : aspiration et refoulement.
1. Étape d'aspiration : Lorsque l'unité de pompage entraîne la tige de pompage vers le haut, le piston monte de manière synchrone, le volume dans le cylindre de la pompe augmente, la pression diminue et une pression négative se forme. À ce moment, le pétrole brut de fond ouvre la soupape d'aspiration (soupape fixe) de la pompe sous l'action de la pression souterraine, pénètre dans le cylindre de la pompe et complète l'inhalation de pétrole brut.
2. Étape de refoulement : Lorsque la tige de pompage entraîne le piston vers le bas, celui-ci comprime le pétrole brut dans le cylindre de la pompe, ce qui entraîne une augmentation de la pression dans ce dernier. La soupape d'aspiration se ferme, la soupape de refoulement (soupape de nage) s'ouvre et le pétrole brut pénètre dans la conduite par cette soupape. La colonne de pétrole brut dans la conduite est transportée vers le sol.
Dans un état idéal, le déplacement théorique de lapompe à tige de pompageOn peut calculer le déplacement théorique par la formule suivante : Q = π×(D/2) 2×S×n×60 (où D est le diamètre de la pompe, S la course et n la course). Cependant, en production réelle, sous l'effet de divers facteurs, la production liquide réelle du puits de pétrole est bien inférieure au déplacement théorique. Le rapport entre les deux est le « rendement de la pompe » (η = production liquide réelle / déplacement théorique × 100 %). Le rendement de la pompe est l'indice de base pour mesurer l'efficacité de lapompe à tige de pompage, et c'est également un paramètre d'évaluation important pour la gestion de la production des champs pétroliers.
III. Facteurs affectant l'efficacité de la pompe :
L'efficacité de la pompe dupompe à tige de pompageLe rendement de la pompe est influencé par de nombreux facteurs, tels que les conditions géologiques, la qualité des équipements et les paramètres de fonctionnement. Des mesures ciblées doivent être prises pour améliorer son rendement. Parmi les facteurs d'influence courants, on peut citer :
1. Facteurs géologiques : Il s'agit du principal facteur externe qui affecte l'efficacité de la pompe. Le sable extrait du puits de pétrole usera le cylindre et le piston de la pompe, provoquant une fuite de la pompe ; l'influence du gaz provoquera un « blocage » du pétrole brut dans le cylindre de la pompe, réduisant ainsi le volume de pompage effectif ; la cire du puits de pétrole obstruera la vanne de la pompe et le canal d'écoulement, augmentant la résistance au pompage ; la viscosité élevée du pétrole brut réduira la fluidité du pétrole brut et augmentera la difficulté de pompage ; l'eau et le gaz corrosifs contenus dans le pétrole brut corroderont les composants du corps de la pompe et raccourciront sa durée de vie.
2. Qualité de fabrication et d'installation de l'équipement : l'espace d'accouplement entre le cylindre de la pompe et le piston est trop grand, ce qui entraîne une fuite de pétrole brut ; l'usure ou la déformation de la surface d'étanchéité de la soupape de la pompe affectera l'étanchéité ; l'inclinaison du corps de la pompe pendant l'installation augmentera le frottement entre le piston et le cylindre de la pompe, réduisant l'efficacité de la pompe.
3. Sélection des paramètres de fonctionnement : une course trop courte peut entraîner un volume de pompage individuel insuffisant ; une course trop longue peut retarder l'aspiration du pétrole brut dans le cylindre de la pompe, formant ainsi une « pompe à air » ; une profondeur de suspension de la pompe inadaptée (une profondeur trop faible peut empêcher la pompe de descendre sous le niveau du liquide en mouvement, et une profondeur trop importante peut augmenter la charge sur la tige de pompage), ce qui affecte également l'efficacité de la pompe.
Documents de référence :
[1] "Industrie du gaz naturel" Volume 43, numéro 5, 2023 "Application et optimisation des pompes à tige dans les puits de pétrole de schiste profond"
[2] "Petroleum Mechanical Engineering" 2022, Volume 3, Numéro 2, "Principe de fonctionnement et analyse de simulation du champ d'écoulement deSPompe à tige uckerd".
[3] "Ingénierie du développement des champs pétroliers et gaziers" Volume 8, numéro 3, 2023 "Recherche sur les facteurs d'influence et les mesures d'amélioration deSPompe à tige uckerEfficacité"
[4] "Oilfield Chemistry" 2022, Volume 39, Numéro 2, "Le mécanisme de l'influence des facteurs géologiques des puits de pétrole sur l'efficacité deSPompe à tige uckerd"
[5] "Petroleum Engineering Construction" Volume 49, numéro 1, 2023 "Optimisation des paramètres de fonctionnement des pompes et amélioration de l'efficacité des pompes"