En el campo de la extracción de petróleo, los equipos de recuperación de petróleo mediante bombas de pozo profundo son esenciales para el transporte de crudo subterráneo. Entre ellos, la bomba de petróleo tipo viga se ha convertido en uno de los más utilizados gracias a su alta fiabilidad y gran adaptabilidad. El dispositivo consta de una parte terrestre y una parte subterránea: la parte terrestre contiene una unidad de bombeo y un cabezal de pozo para bombear pozos petrolíferos, mientras que la parte subterránea se compone de una varilla de bombeo, una bomba de bombeo, una tubería de petróleo y otros componentes. En el conjunto completo, la unidad de bombeo, la varilla de bombeo y la bomba de petróleo son los elementos clave para la extracción de petróleo crudo. Los tres trabajan juntos para formar un sistema de "tres equipos de bombeo" que completa conjuntamente todo el proceso, desde la extracción subterránea de petróleo crudo hasta el transporte terrestre. Su rendimiento y eficiencia de cooperación determinan directamente la producción y la economía minera del pozo petrolero.
Unidad de bombeo:
Como unidad de potencia terrestre de los “tres equipos de bombeo”, elunidad de bombeo de petróleoAsume la importante función de convertir la energía eléctrica en movimiento mecánico alternativo y suministrar energía para la producción petrolera subterránea. Es un punto clave que conecta la energía subterránea con las operaciones subterráneas. Mediante una precisa cooperación con varillas de bombeo y bombas de petróleo, extrae continuamente el crudo subterráneo al suelo y se utiliza ampliamente en diversos tipos de pozos petrolíferos, como pozos superficiales, medianos y profundos.
Ⅰ. Clasificación:
Existen diversos métodos de clasificación para las unidades de bombeo. El núcleo se puede clasificar según sus características estructurales y su equilibrio. Los diferentes tipos son adecuados para las distintas condiciones de trabajo en pozos petrolíferos y satisfacen las diversas necesidades mineras.
1. Dividido por estructura:
Bomba de aceite tipo viga viajera: Este es el tipo más utilizado actualmente, llamado así por el componente clave de la "viga viajera" en la estructura. Su función principal es impulsar la cabeza del burro para que se mueva hacia abajo a través de la oscilación de la viga, y luego tirar de la varilla de succión. Según la posición relativa del soporte y el mecanismo de biela de manivela, se puede subdividir en tipo ordinario y tipo delantero (tipo frontal). El soporte de la unidad de bombeo de viga ordinaria se encuentra entre la cabeza del burro y el mecanismo de biela de manivela. La estructura es simétrica y la estabilidad es fuerte. Es adecuado para la mayoría de los pozos petrolíferos convencionales. El mecanismo de biela de manivela de la unidad de bombeo de viga delantera se encuentra entre la cabeza del burro y el soporte de la viga. El fuselaje es más compacto y cubre un área pequeña, especialmente adecuado para áreas con espacio limitado en el sitio del pozo, como campos petrolíferos marginales urbanos o formaciones de pozos intensivas.
Unidad de bombeo sin viga: En comparación con la unidad de bombeo sin viga, esta unidad elimina la estructura tradicional sin viga y transmite potencia mediante transmisión hidráulica, de cadena o de tornillo. Ofrece las ventajas de su pequeño tamaño, peso ligero y carrera larga. Los tipos más comunes incluyen unidades de bombeo hidráulicas, de cadena y de tornillo, ideales para pozos profundos, ultraprofundos o de petróleo pesado.
2. Dividido por el saldo:
Tipo de balance de viga: Se instala un contrapeso en la cola de la viga para equilibrar la carga en la cabeza del burro ajustando su posición y peso. La estructura es simple y fácil de mantener, pero la precisión del balance es baja. Es adecuada para pozos petrolíferos de baja carga y carrera corta.
Equilibrio de manivela: Se coloca un contrapeso en la manivela para equilibrar la carga aprovechando la fuerza centrífuga al girar. El efecto de equilibrio es más estable y se adapta a condiciones de carga media y alta. Actualmente, es el método de equilibrio más común en el tipo viga.unidad de bombeo de petróleo.
Tipo de equilibrio compuesto: Combinando las ventajas del equilibrio de viga y el equilibrio de manivela, se coloca un peso de equilibrio tanto en la viga como en la manivela, lo que puede reducir de manera efectiva las fluctuaciones de carga y es adecuado para pozos profundos de carrera larga y alta carga o pozos de petróleo de alto rendimiento.
Ⅱ. Principio de funcionamiento:
La esencia del proceso de trabajo de launidad de bombeo de petróleoEs el proceso de conversión y transmisión de energía. Su esencia es convertir el movimiento rotatorio de alta velocidad del motor en el movimiento alternativo de baja velocidad de la cabeza del burro mediante una transmisión multietapa. Se puede dividir en tres pasos clave:
1. Entrada de potencia y desaceleración: El motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica, genera un movimiento de rotación a alta velocidad y lo transmite a la caja de engranajes a través del acoplamiento. La desaceleración multietapa se logra dentro de la caja de engranajes mediante un conjunto de engranajes, que reduce la velocidad a la mínima requerida por la manivela, a la vez que amplifica el par para satisfacer los requisitos de carga del pozo.
2. El movimiento de rotación se convierte en oscilación: el eje de salida de la caja de cambios acciona la manivela para realizar un movimiento de rotación a baja velocidad, y la manivela está conectada al brazo trasero (o antebrazo) de la viga mediante una biela. Cuando la manivela gira, la biela empuja o tira de la viga para que oscile hacia arriba y hacia abajo alrededor del fulcro del soporte, logrando la transformación de "movimiento de rotación → movimiento de oscilación".
3. Movimiento alternativo y transferencia de carga: Se instala un cabezal de bombeo en el extremo frontal de la viga, conectado a la varilla de bombeo de petróleo mediante un tensor. Con la oscilación de la viga, el cabezal se mueve hacia arriba y hacia abajo sincronizadamente, y la varilla de succión de tracción impulsa el pistón de la bomba de petróleo subterránea para realizar un movimiento alternativo vertical, extrayendo finalmente el petróleo crudo del subsuelo. En este proceso, las cargas, como el peso de la columna de líquido sobre el pistón y el peso de la columna de varilla de succión, se transmiten al cabezal a través del tensor, por lo que el diseño de resistencia del cabezal y de la viga debe cumplir con los requisitos de carga de alta resistencia.
3. Parámetros técnicos clave:
El rendimiento de la unidad de bombeo se refleja a través de una serie de parámetros clave, que deben seleccionarse razonablemente de acuerdo con factores como la capacidad de producción del pozo de petróleo, la profundidad del pozo y las propiedades físicas del petróleo crudo:
Carrera: Se refiere a la distancia máxima desde la cabeza del burro hasta el fondo, que determina directamente la carrera del pistón de la bomba de petróleo. Cuanto mayor sea la carrera, mayor será la cantidad de líquido bombeado en una sola operación, lo cual es adecuado para pozos petrolíferos de alto rendimiento.
Impulso: Se refiere al número de veces que la cabeza del burro se mueve hacia arriba y hacia abajo por minuto. Cuanto mayor sea el impulso, mayor será el número de veces que se bombea el fluido por unidad de tiempo; sin embargo, un impulso demasiado alto aumentará el riesgo de daños por fatiga en la varilla de bombeo.
Carga del punto de suspensión: se refiere a la carga máxima soportada por el punto de suspensión de la cabeza del burro, incluido el peso de la varilla de bombeo, el peso de la columna de líquido y la carga adicional, que es la base central para el diseño de resistencia de la unidad de bombeo.
Materiales de referencia:
[1] "Petroleum Machinery" Journal, 2022, Volumen 50, Número 3, "Optimización estructural e investigación de aplicaciones de tipo vigaUnidad de bombeo de petróleod"
[2] Sinopec "Exploración y desarrollo de petróleo" 2023, Volumen 50, Número 2, "Progreso en la aplicación de unidades de bombeo sin viga en la minería de pozos profundos"
[3] "Ingeniería de terrenos en yacimientos de petróleo y gas" Volumen 40, Número 11, 2021 "Investigación sobre la optimización del método de equilibrio de las unidades de bombeo y la mejora de la eficiencia energética"
[4] "Diseño mecánico y fabricación" No. 8, 2022 "Diseño y análisis de confiabilidad del reductor deUnidad de bombeo de petróleod"
[5] "Ingeniería de pozos de petróleo y gas" Volumen 6, Número 1, 2023 "Investigación sobre optimización de parámetros y adaptación de capacidad de la unidad de bombeo"