Dans le domaine de l'extraction pétrolière, les équipements de récupération de pétrole par pompage en puits profonds constituent l'équipement essentiel pour le transport du pétrole brut souterrain jusqu'au sous-sol. Parmi ces équipements, la pompe à pétrole à poutre est devenue l'un des plus répandus grâce à sa grande fiabilité et sa grande adaptabilité. Cet équipement est composé d'une partie terrestre et d'une partie souterraine : la partie terrestre comprend une unité de pompage et une tête de puits pour le pompage des puits de pétrole, tandis que la partie souterraine comprend une tige de pompage, une pompe de pompage, un tuyau d'huile et d'autres composants. Dans un ensemble complet, l'unité de pompage, la tige de pompage et la pompe à pétrole sont les éléments clés de l'extraction du pétrole brut. Ces trois éléments fonctionnent ensemble pour former un système de « trois équipements de pompage » assurant l'ensemble du processus, de l'extraction souterraine au transport terrestre. Leur performance et leur efficacité combinées influencent directement la production et la rentabilité de l'exploitation du puits de pétrole.
Unité de pompage :
En tant qu’unité d’alimentation au sol des « trois équipements de pompage », leunité de pompage d'huileIl assure l'importante fonction de conversion de l'énergie électrique en mouvement mécanique alternatif et alimente ainsi la production pétrolière souterraine. Il constitue un élément clé reliant l'énergie souterraine aux opérations souterraines. Grâce à une interaction précise avec les tiges de pompage et les pompes à huile, il extrait en continu le pétrole brut souterrain et est largement utilisé dans différents types de puits, tels que les puits peu profonds, moyens et profonds.
Ⅰ. Classification :
Il existe différentes méthodes de classification des unités de pompage. Le noyau peut être divisé selon ses caractéristiques structurelles et son équilibre. Différents types sont adaptés aux différentes conditions d'exploitation des puits de pétrole afin de répondre aux besoins diversifiés de l'exploitation minière.
1. Divisé par structure :
Pompe à huile à balancier mobile : Ce type de pompe est actuellement le plus répandu, du nom de son élément clé, le balancier mobile. Sa principale caractéristique est d'entraîner la tête du balancier vers le bas grâce à l'oscillation de la balancier, puis de tirer la tige de pompage. Selon la position relative du support et du mécanisme de bielle à manivelle, on distingue les pompes ordinaires et les pompes avant. Le support de la pompe à balancier ordinaire est situé entre la tête du balancier et le mécanisme de bielle à manivelle. Sa structure symétrique et sa stabilité élevée la rendent adaptée à la plupart des puits de pétrole conventionnels. Le mécanisme de bielle à manivelle de la pompe avant est situé entre la tête du balancier et le support de la balancier. Le fuselage est plus compact et couvre une surface réduite, particulièrement adapté aux zones où l'espace de forage est limité, comme les champs pétroliers marginaux urbains ou les formations de puits intensives.
Unité de pompage sans poutre : Contrairement à l'unité de pompage sans poutre, l'unité de pompage sans poutre remplace la structure traditionnelle et assure la transmission de puissance par transmission hydraulique, par chaîne ou par vis. Elle présente les avantages d'une taille compacte, d'un poids léger et d'une grande course. Les types courants incluent les unités de pompage hydrauliques, les unités de pompage à chaîne, les unités de pompage à vis, etc., qui conviennent aux puits profonds, ultra-profonds et aux puits de pétrole lourds.
2. Divisé par le solde :
Type de balancier à fléau : Un contrepoids est installé à l'extrémité du fléau pour équilibrer la charge à l'extrémité avant du fléau en ajustant sa position et son poids. La structure est simple et facile d'entretien, mais la précision de l'équilibrage est faible. Il est adapté aux puits de pétrole à faible charge et à course courte.
Équilibrage à manivelle : Un contrepoids est placé sur la manivelle pour équilibrer la charge grâce à la force centrifuge générée par la rotation de la manivelle. L'effet d'équilibrage est plus stable et s'adapte aux charges moyennes et élevées. Il s'agit actuellement de la méthode d'équilibrage à fléau la plus répandue.unité de pompage d'huile.
Type d'équilibre composite : Combinant les avantages de l'équilibre à poutre et de l'équilibre à manivelle, un poids d'équilibrage est placé à la fois sur la poutre et la manivelle, ce qui peut réduire efficacement les fluctuations de charge et convient aux puits profonds à charge élevée et à longue course ou aux puits de pétrole à haut rendement.
Ⅱ. Principe de fonctionnement :
L'essence du processus de travail de launité de pompage d'huileIl s'agit du processus de conversion et de transmission d'énergie. Son objectif principal est de convertir le mouvement de rotation à grande vitesse du moteur en un mouvement alternatif à faible vitesse de la tête de l'âne grâce à une transmission à plusieurs étages. Ce processus se décompose en trois étapes clés :
1. Puissance absorbée et décélération : Le moteur convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, produit un mouvement de rotation à grande vitesse et le transmet au réducteur via l'accouplement. La décélération à plusieurs niveaux est assurée par un train d'engrenages intégré au réducteur, réduisant ainsi la vitesse à la vitesse minimale requise par la manivelle, tout en amplifiant le couple pour répondre aux exigences de charge en fond de trou.
2. Le mouvement de rotation est converti en oscillation : l'arbre de sortie du réducteur entraîne la manivelle pour un mouvement de rotation à basse vitesse, laquelle est reliée au bras arrière (ou avant-bras) de la poutre par une bielle. Lorsque la manivelle tourne, la bielle pousse ou tire la poutre pour qu'elle oscille de haut en bas autour du point d'appui du support, réalisant ainsi la transformation « mouvement de rotation → mouvement d'oscillation ».
3. Mouvement alternatif et transfert de charge : Une tête d'âne est installée à l'avant de la poutre, reliée à la tige de pompage par un câble de suspension. Sous l'effet du mouvement de la poutre, la tête d'âne monte et descend de manière synchrone, et la tige de pompage entraîne le piston de la pompe à pétrole souterraine dans un mouvement alternatif vertical, aspirant ainsi le pétrole brut du sous-sol. Lors de ce processus, les charges, telles que le poids de la colonne de liquide au-dessus du piston et celui de la tige de pompage, sont transmises à la tête d'âne par le câble de suspension. La conception robuste de la tête d'âne et de la poutre doit donc répondre aux exigences de charge élevées.
III. Paramètres techniques clés :
Les performances de l'unité de pompage se reflètent dans un certain nombre de paramètres clés, qui doivent être raisonnablement sélectionnés en fonction de facteurs tels que la capacité de production du puits de pétrole, la profondeur du puits et les propriétés physiques du pétrole brut.
Course : La distance maximale entre la tête et le fond de la pompe détermine directement la course du piston de la pompe à huile. Plus la course est importante, plus la quantité de liquide pompée est importante en une seule fois, ce qui est idéal pour les puits de pétrole à haut rendement.
Impulsion : Nombre de mouvements de la tête de l'âne vers le haut et vers le bas par minute. Plus l'impulsion est élevée, plus le fluide est pompé par unité de temps. Cependant, une impulsion trop élevée augmente le risque de dommages par fatigue de la tige de pompage.
Charge ponctuelle de suspension : désigne la charge maximale supportée par le point de suspension de la tête d'âne, y compris le poids de la tige de pompage, le poids de la colonne de liquide et la charge supplémentaire, qui constitue la base principale de la conception de la résistance de l'unité de pompage.
Documents de référence :
[1] "Petroleum Machinery" Journal, 2022, Volume 50, Numéro 3, "Optimisation structurelle et recherche d'application des systèmes à poutresUnité de pompage d'huiled"
[2] Sinopec "Petroleum Exploration and Development" 2023, Volume 50, Numéro 2, "Progrès dans l'application des unités de pompage sans faisceau dans l'exploitation minière en puits profonds"
[3] "Oil and Gas Field Ground Engineering" Volume 40, numéro 11, 2021 "Recherche sur l'optimisation de la méthode d'équilibrage des unités de pompage et l'amélioration de l'efficacité énergétique"
[4] "Conception mécanique et fabrication" n° 8, 2022 "Analyse de la conception et de la fiabilité du réducteur deUnité de pompage d'huiled"
[5] "Ingénierie des puits de pétrole et de gaz" Volume 6, numéro 1, 2023 "Recherche sur l'optimisation des paramètres et l'adaptation de la capacité des unités de pompage"