PREZENTAREA COMPARATIVA A TIPURILOR DE ECHIPAMENTE DE EXTRACTIE A PETROLULUI IN SCOPUL ALEGERII UNEI METODE OPTIME

PREZENTAREA COMPARATIVA A TIPURILOR DE ECHIPAMENTE DE EXTRACTIE A PETROLULUI IN SCOPUL ALEGERII UNEI METODE OPTIME

1. GENERALITATI

In industria de extractie a petrolului si tara noastra sunt folosite cu precadere pompele volumice si numai la cateva sonde pompele centrifuge.

Pompele volumice folosite pentru extractia amestecului (titei, apa si gaze), in totalitatea lor, sunt actionate prin intermediul tijelor de pompare de catre instalatia de la suprafata, a carei constructie este cunoscuta.

Desi acest sistem de actionare al pompelor volumice este cel mai raspandit pe plan mondial, in unele situatii conduce la dezavantaje a caror depasire presupune consum suplimentar de energie, iar in cazul unor straturi productive situate la adancimi de peste 2800 m, la imposibilitatea exploatarii acestora (fig. 1).

H [m]

	POMPE VOLUMETRICE ACTIONATE HIDRAULIC

	POMPE CENTRIFUGE SUBMERSIBILE

UNITATI DE POMPARE

31,8 63,5 93,5 127,5 159 175 [m³/zi]

Fig. 1 Domenii optime de aplicabilitate a pompajului cu tije centrifugal si hidraulic

In plus, datorita conditiilor grele de lucru si solicitare a tijelor de pompare, au loc ruperi frecvente ale acestora cu reducerea corespunzatoare a productiei si cresterea cheltuielilor pe tone de titei extras. Situatii deosebite prezinta sondele de mare adancime, sondele cu deviatii mari de la verticala, cat si sondele care au fost forate dirijat si orizontal.

In astfel de situatii, datorita razelor mici de curbura este necesar un consum sporit de energie pentru invingerea rigiditatii tijelor de pompare si a frecarilor dintre acestea si peretii interiori ai tevilor de extractie. In unele cazuri utilizarea dispozitivelor cu role pentru transformarea frecarii de alunecare in frecare de rostogolire conduce la complicatii constructive fara inregistrarea unei reduceri sesizabile a consumului de energie si a uzarii materialului tubular.

O situatie cu totul deosebita o prezinta cazul cand dintr-o singura locatie se foreaza mai multe sonde.

In astfel de cazuri amplasarea instalatiilor de suprafata pentru exploatarea zacamintelor devine imposibila.

Situatii asemanatoare sunt intalnite pe platformele marine de exploatare, unde suprafata disponibila pentru amplasarea unitatilor de pompare si a celorlalte instalatii auxiliare este limitata. In fig. 1 sunt prezentate principalele metode de exploatare a sondelor intalnite pe plan mondial.

Pentru fiecare sonde in parte este necesara o analiza atenta din partea inginerilor de exploatare privind metoda de exploatarea acesteia in scopul realizarii unor productii mari cu cheltuieli minime posibile.

Pentru a ilustra aplicabilitatea acestor metode de exploatare a sondelor vom prezenta situatia celor 870000 de sonde active (perioada 1980-1990) din Statele Unite ale Americii (fig. 3 a si 3 b).

La cele 870000 sonde active situatia se prezinta astfel:

225000 de sonde produc gaze in eruptie naturala sau in anumite cazuri necesita un procedeu de pompaj;

40000 de sonde erup cu un debit suficient din punct de vedere economic;

450000 de sonde sunt "Strippers wells" (sondele cu debit mic, sub 10 barili pe zi care sunt echipate cu pompe de adancime antrenate prin prajini de pompare);

155000 de sonde sunt in pompaj (fig. 3 b)

Din ultima categorie de sonde 40% sunt in pompaj cu prajini, 41% in gaz lift, 10% in pompaj electric si 9% in pompaj hidraulic cu piston sau cu jet.

Avand in vedere ca in tara noastra exista tendinta de extindere a forajului de mare adancime, a forajului dirijat si orizontal, precum si cel de pe platformele marine, este necesar a se face un studiu corespunzator asupra diferitelor metode de extractie a petrolului si gazelor ce pot fi aplicate in diferitele situatii ce vor aparea in viitor.

In capitolele urmatoare vor fi prezentate toate modelele ce pot fi folosite la extractia petrolului din sonde, insistandu-se mai mult acolo unde este cazul.

Fig Principalele metode de exploatare a sondelor

Fig .3.a. repartitia active in S.U.A. Fig .3.b Metode de exploatare a sondelor in pompaj

CLASIFICAREA UTILAJELOR FOLOSITE PENTRU EXTRACTIE PETROLULUI

Sursa de energie cea mai importanta pentru industria mondiala este in prezent petrolul. Productia de petrol a crescut continuu dupa anul 1857, an in care utilizarea petrolului lampant, pentru prima data in lume, la iluminatul strazilor orasului Bucuresti, a atras atentia firmelor industriale asupra utilitatii practice a petrolului. Diversificarea produsilor obtinuti din petrol prin rafinare si in special descoperirea motoarelor cu ardere interna care foloseau o parte din acesti produsi, au conferit petrolului caracterul de sursa de energie, provocand un salt in programul tehnic si industrial mondial.

Exploatarea zacamintelor de petrol este posibila, in general, prin executarea unor constructii miniere speciale numite sonde, care creeaza posibilitatea punerii in comunicare a petrolului in zacaminte mai mult sau mai putin adanci, cu suprafata solului.

In functie de energia naturala a petrolului din zacaminte, exploatarea acestuia se poate face utilizand doua metode si anume:

Exploatarea petrolului prin liftare (eruptie) naturala

Exploatarea petrolului prin liftare artificiala (artificial lifting)

Echipamentul folosit la exploatarea petrolului prin cele doua metode se poate clasifica, din punct de vedere al sistemului de actionare, al modului de actionare si al modului de echilibrare in felul urmator:

A.     Echipamentul folosit la exploatarea petrolului prin liftare naturala

B.     Echipamentul folosit la exploatarea petrolului prin liftare artificiala

B.1. Exploatarea petrolului prin gazlift

B. Exploatarea petrolului prin pompaj de adancime

B.1. Din punct de vedere al sistemului de actionare:

B.1.1. Electric asincron cu alunecare normala

B.1. Electric asincron cu alunecare marita

B.1.3. Electric asincron cu moment de pornire marit

B.1.4. Electric-hidraulic cu TA de tractiune

B.1.5. Diesel alimentat cu gaze de sonda

B.1.6. Electric liniar (cu miscare liniar alternativa)

B. Din punct de vedere al modului de actionare:

B.1. Cu prajini - cu balansier

- fara balansier:

a) mecanice

b) hidraulice

c) pneumatice

B. Fara prajini

- pompe centrifuge actionate electric

- pompe centrifuge actionate cu turbina hidraulica

- pompe cu piston sectionate electric:

a) rotativ

b) liniar

- pompe rotative volumice:

a) cu roti dintate

b) elicoidale (cu surub)

c) cu pale si rotor excentric

- pompe de adancime actionate hidrostatic:

a) cu simpla actiune

b) cu dubla actiune

- pompe de adancime cu jet

- pompe de adancime vibratorii

- pompe de adancime cu membrana

- pompe de adancime cu solenoizi

B.3. Din punct de vedere al modului de echilibrare

B.3.1. Mecanice

- oscilante

- rotative

- combinate

B.3. Hidraulice

B.3.3. Pneumatice

3. ECHIPAMENTUL PENTRU EXPLOATAREA PETROLULUI PRIN LIFTARE (ERUPTIE) NATURALA

Exploatarea petrolului prin liftare naturala se bazeaza pe curgerea naturala, dirijata a petrolului din zacamant in sonda si de aici, prin coloana de tevi de extractie, in instalatiile de suprafata. Curgerea are loc pe baza consumului de energie naturala din zacamant.

Echipamentul folosit este adaptat acestui specific de exploatare mergand de la o constructie simpla daca se refera la o exploatare normala pana la utilizarea de echipamente complexe daca se exploateaza concomitent mai multe strate sau daca fluidul extras este coroziv.

Exploatarea petrolului prin liftare naturala este cea mai eficienta dintre metodele cunoscute, dar durata exploatarii unui zacamant de petrol prin acest sistem este foarte scurta. De asemenea, factorul de recuperare al petrolului prin acest sistem este mic, ajungand destul de rar la valori de 8-10% in functie de natura energiei de zacamant.

4. ECHIPAMENTUL PENTRU EXPLOATAREA PETROLULUI PRIN LIFTARE ARTIFICIALA

Exploatarea petrolului prin liftare artificiala incepe, in general, dupa perioada exploatarii prin liftare naturala, deci atunci cand energia naturala nu mai este capabila sa transporte la suprafata fluidele continute in zacamant.

Pe baza considerentelor de mai sus s-ar putea trage concluzia ca exploatarea petrolului prin liftare artificiala a aparut, in timp, mult mai tarziu, ceea ce nu corespunde adevarului.

Inceputul exploatarii petrolului prin metode mecanice se identifica cu inceputul exploatarii organizate, industriale a petrolului. Este de remarcat ca in anul 1859 colonelul, Edwin Drake a montat la Titusville USA, prima pompa intr-o sonda sapata la adancimea de 23 m, producand in acest fel 12 barili/zi (1220 l/zi).

Necesitatea recurgerii la procedeele de liftare artificiala a petrolului s-a datorat faptului ca dispunand de metode rudimentare de sapare a sondelor, cautatorii de petrol nu aveau acces decat la zacamintele de suprafata in general, continand petrol oxidat, mai putin fluid si fara presiuni mari.

De-a lungul timpului odata cu perfectionarea metodelor de sapare a sondelor, a crescut si adancimea de exploatare a petrolului. Dupa epuizarea energiei naturale a zacamintelor a fost necesara trecerea la exploatarea prin liftare artificiala a petrolului de la adancimi mai mari, ceea ce a condus la aparitia a numeroase procedee, la o mai mare diversificare a metodelor folosite si anume:

4.1. EXPLOATAREA PETROLULUI PRIN GAZ-LIFT

Din momentul in care energia de adancime a fluidelor produse din zacamant de sonda nu mai este suficienta sa provoace ridicarea acestora la suprafata, se completeaza aceasta sursa de energie prin introducerea de la suprafata a unei energii exterioare in spatiul dintre coloana de exploatare si tevile de extractie, sub forma de energie a gazelor injectate ce patrund pe la siul tevilor de extractie in interiorul acestora, iar amestecul de gaze injectat si fluid produs de sonda se ridica la suprafata prin tevile de extractie.

Spre deosebire de metoda de exploatare a petrolului prin liftare naturala, metoda de exploatare prin gaz-lift foloseste instalatii de suprafata pentru comprimarea, distribuirea si masurarea gazului injectat, precum si dispozitive pentru injectarea ciclica a gazului in cazul aplicarii gaz-liftului intermitent.

De asemenea, in sonda echipamentul specific acestei metode il reprezinta supapele de adancime.

4. EXPLOATAREA PETROLULUI PRIN POMPAJ DE ADANCIME

Pompajul de adancime se aplica in faza finala a exploatarii unui zacamant, cand exploatarea sondelor prin eruptie artificiala continua sau intermitenta reclama un consum specific exagerat de gaze injectate, ceea ce ar face ca exploatarea sa fie neeconomica.

De asemenea, exploatarea petrolului prin pompaj de adancime se aplica imediat dupa faza de eruptie naturala daca in zona nu se dispune de gaze.

Dupa modul de transmitere de la suprafata a energiei pentru actionarea pompei de adancime (modul de actionare) pompajul de adancime se imparte in urmatoarele categorii:

4.1. Pompaj de adancime cu prajini

Instalatia de pompare cu prajini consta dintr-o coloana de tevi de extractie la capatul careia se gaseste o pompa de extractie in care un piston primeste o miscare alternativa rectilinie transmisa de la o unitate de pompare montata la suprafata, prin intermediul prajinilor de pompare (fig. 4).

Unitatile de pompare cu prajini de pompare folosesc pentru generarea miscarii alternative rectilinii a pistonului, diferite mecanisme de actionare.

Fig. 4 Schema unei unitati de pompare elastice cu

prajini de pompare si balansier

1-manivela 4-capul balansier

2-biela 5-prastie

3-balansier 6-punte de legatura

Unitate de pompare cu balansier

Miscarea de rotatie a unui motor electric sau termic este transformata in miscare alternativa printr-un sistem biela manivela. Aceasta miscare este transmisa capatului balansierului ce are la celalalt capat suspendata garnitura de prajini de pompare care, la randul ei, pune in miscare pistonul unei pompe de extractie.

Unitate de pompare fara balansier

In aceasta categorie de unitati de pompare, distingem urmatoarele trei tipuri de moduri de actionare a prajinilor de pompare:

a)     actionarea mecanica a prajinilor;

b)     actionarea hidraulica a prajinilor;

c)      actionarea pneumatica a prajinilor;

a) Actionarea mecanica a prajinilor

Intr-o constructie metalica plasata la gura sondei se misca o contragreutate care este legata de garnitura de prajini de pompare printr-un cablu ce trece peste o rola aflata in partea superioara a constructiei metalice. Miscarea alternativa a prajinilor de pompare, este asigurata de un motor electric care antreneaza rola peste care trece cablul de legatura si a carui zona de rotatie este schimbata cu ajutorul unui dispozitiv special numit inversor (fig. 3.5).

b+c) Actionarea hidraulica si pneumatica a prajinilor de pompare

Miscarea alternativa rectilinie este generata de un piston care se misca intr-un cilindru montat la gura sondei (fig. 3.5) si in care patrunde alternativ fluid (lichid in cazul actionarii hidraulice si gaze in cazul actionarii pneumatice) sub presiune generat de un grup motopompa respectiv motocompresor.

Garnitura de prajini de pompare este legata direct de tija pistonului motor.

Fig. 3.5 Actionarea mecanica a prajinilor de pompare

folosind un inversor mecanic

1-motor 5-contra greutate

2-rola motoare 6-inversor

3-cablu 7-punte de legatura

4-constructie metalica 8-garnitura de prajini de pompare

4. Pompaj de adancime fara prajini

Pe masura cresterii adancimii unei sonde se maresc intreruperile provocate de ruperile prajinilor de pompare, iar randamentul total al instalatiei de pompare se micsoreaza in urma cresterii alungirii elastice a prajinilor sub influenta masei lichidului, a pierderilor de energie rezultate din accelerarea masei de prajini etc. Pe de alta parte la sondele cu devieri pronuntate, folosirea pompelor cu prajini devine neeconomica datorita deselor intreruperi de productie provenite din distrugerea tevilor de extractie prin frecarea cu prajinile.

Pentru inlaturarea acestor dificultati s-au construit instalatii de pompare, la care transmisia cu prajini intre unitatea de actionare de la suprafata si pompa de extractie s-a inlocuit cu un motor fixat la talpa sondei, legat direct cu pompa de extractie si actionat hidraulic sau electric.

Fig. 3.6 Actionarea hidraulica sau pneumatica a prajinilor de pompare

Pompaj de adancime cu pompe centrifuge

submersibile actionate de motoare electrice

Instalatia de adancime a unei pompe centrifuge actionata de un motor electric consta dintr-un agregat submersibil care se introduce in sonda cu tevile de extractie, dintr-un cablu special pentru alimentarea cu energie electrica si dintr-un sorb.

Agregatul submersibil (fig. 3.7) se compune dintr-o pompa centrifuga, un protector si dintr-un electromotor asamblate intre ele prin flanse, iar arborii lor prin mufe cu caneluri.

1-rola de ghidare

2-amortizor de socuri

3-statie de comanda

4-transformator

5-tabla metalica

6-racord special

7-supapa de mentinere

8-cablu rotund

9-cablu plat

10-pompa

11-separator de gaze

12-protectorul

13-motor eletic

Fig. 3.7 Echipamentul unei sonde in pompaj centrifugal

suspendat in tevile de extractie

Pompaj de adancime cu pompe centrifuge de adancime

actionate cu turbine hidraulice

Agregatul submersibil se compune dintr-o pompa centrifuga, de tipul celor folosite la pompajul electrocentrifugal, actionata de o turbina hidraulica asemanatoare celor folosite la forajul sondelor.

Pompaj de adancime cu pompe de adancime

cu piston actionate cu electromotoare

Instalatia de adancime consta dintr-un electromotor si un dispozitiv cu reductor care, pe langa reducerea vitezei unghiulare, transforma miscarea de rotatie a electromotorului intr-o miscare de rotatie alternativa care se transmite unei pompe cu piston, fixata deasupra dispozitivului. Electromotorul este rotativ, identic cu cel folosit la pompele centrifuge submersibile sau este un electromotor special cu miscare liniara.

Pompaj de adancime cu pompe rotative volumice

Antrenarea pompei volumice de adancime se face prin intermediul garniturii de prajini de pompare, folosind o transmisie prin angrenaj conic. Pompa cu surub poate fi actionata de un motor electric, termic (fig. 3.8) sau chiar de un motor hidraulic cu pistoane axiale, acesta din urma permitand obtinerea unei turatii la pompa cu surub in functie de debitul sondei.

Pe plan mondial sunt cunoscute, in acest domeniu, pompele "MOYNO" din SUA, respectiv "RODEMIP" din Franta.

Fig. 3.8 Pompa volumica rotativa cu surub

Pompaj de adancime cu pompe hidraulice cu piston

Pompajul hidraulic de adancime se bazeaza pe principiul transmiterii energiei cinetice a unui curent continuu de fluid de actionare, pompat de la suprafata cu presiune inalta asupra unei pompe hidraulice de adancime care aspira din sonda si refuleaza la suprafata fluidului venit din strat.

Principiul pompajului hidraulic de adancime cu piston este foarte asemanator cu cel al pompajului de adancime cu prajini si unitate de pompare hidraulica, reprezentand un caz particular al acesteia si anume cazul in care garnitura de prajini de pompare estre foarte scurta.

Principiul de distributie a fluidului aflat sub presiune alternativ pe o fata si pe cealalta fata a pistonului motor, este identic cu cel utilizat la masinile cu abur.

In industria de petrol mondiala s-a construit o gama larga de tipodimensiuni de pompe hidraulice cu piston. Aceasta categorie de pompe va fi prezentata detaliat in capitolul urmator.

Pompaj de adancime cu pompe de adancime cu jet

La sondele cu adancimi mari exista tendinte de folosire din ce in ce mai mult, a pompelor cu jet. Pompa cu jet consta dintr-o duza, un difuzor, un dispozitiv de fixare care se monteaza intr-un pacher. Pompa, astfel construita, are la partea superioara un ansamblu de etansare, deoarece pompa este de tip libera si poate fi extrasa prin inversarea circulatiei.

In difuzor are loc procedeul hidrodinamic de transfer al energiei fluidului motor catre fluidul antrenat. Fluidul motor impreuna cu fluidul produs de sonda este ridicat la suprafata prin spatiul inelar.

Pompaj de adancime cu pompe vibratorii

Instalatia de pompare consta dintr-un generator de vibratii, o coloana de tevi de extractie in interiorul careia este montat (in dreptul mufelor) un sistem de supape cu bila. Generatorul de vibratii consta din doua discuri identice care se rotesc in sensuri opuse si pe care se gasesc fixate placi excentrice. Aceste placi excentrice sunt astfel dispuse incat rezultanta fortelor care apare in sistem sa varieze dupa o armonica simpla in timpul unei rotatii complete a discurilor.

Forta perturbatoare poate fi modificata prin adaugarea sau scoaterea placilor excentrice. Prin aplicarea fortelor perturbatoare in cazul tevilor de extractie se stabileste, in acestea din urma un sistem de unde, care se deplaseaza in tevi. La contractia tevilor, bila se aseaza pe scaun oprind trecerea fluidului in jos, iar la alungirea tevilor lichidul trece prin supapa dupa care ciclul se repeta.

In acest mod lichidul se ridica continuu, intrucat alungirile si contractiile sectiunilor de tevi au loc succesiv pana cand lichidul ajunge la suprafata, de unde este evacuat printr-un furtun flexibil, capabil sa suporte oscilatiile, in rezervorul de stocare.

1-genarotr de vibratii

2-placa de fixare a teilor

3-Tevi de extraractie

4-supape cu biele

5-sisteme de gidare

6-arcuri

7-furtun

Fig. 3.9 Schema pompajului vibrator

Pompaj de adancime cu pompe cu membrana (diafragma)

Instalatia de pompare consta din introducerea in sonda cu tevile de extractie a unui motor electric care pune in miscare o pompa cu membrana. Motorul pune in miscare un arbore, printr-o transmisie cu roti dintate conice pe care se gaseste fixata o cama si pe care se sprijina un piston ce transmite pulsatii la membrana prin masa de ulei ce se gaseste intre motor si membrana. Sistemul este prevazut si cu un dispozitiv de compensare a vibratiilor de volum ale uleiului rezultate din variatia temperaturii de sub membrana.

Miscarile pulsatorii ale membranei produc o variatie a volumului camerei de lucru astfel incat lichidul din sonda intra in pompa prin supapa de aspiratie, fiind evacuat prin supapa de evacuare si prin teava interioara in tevile de extractie, iar supapele sunt cu bile confectionate din material rezistent la coroziune la abraziune.

Pompaj de adancime cu pompa cu solenoizi

Instalatia de adancime consta dintr-un numar de solenoizi alimentati cu energie electrica prin cablu de la suprafata, in interiorul carora se gasesc miezuri magnetice, solidare prin tije dielectrice.

Miezul superior este conectat printr-un ax cu un piston care se poate deplasa intr-un cilindru de pompa prevazut cu supape. Prin alimentarea cu curent electric alternativ a solenoizilor, miezurile sunt atrase in solenoizi ceea ce determina realizarea cursei ascendente a pistonului.

Prin intreruperea curentului, miezurile cad sub greutatea proprie imprimand pistonului o miscare de coborare. La suprafata se gaseste un dispozitiv care intrerupe si restabileste alimentarea cu energie electrica dupa un program stabilit in functie de debitul de fluid de strat.

5. ALEGEREA METODEI DE EXTRACTIE DUPA CRITERII TEHNICE SI ECONOMICE

Alegerea unei metode de extractie a petrolului si gazelor este o problema complexa avand in vedere marea diversitate a sondelor si caracteristicile acestora (adancime, debit, deviatii, ratie gaze-titei etc.).

Totusi ca alegerea sa fie corespunzatoare, trebuie ca aceasta sa aiba in vedere doua categorii de criterii mai importante, criteriile tehnice si cele economice.

1. Criteriile tehnice

Un prim criteriu tehnic este acela al sursei de energie necesara pentru metoda respectiva.

De exemplu, faptul ca zacamantul se afla in apropierea unei retele electrice sau a unei conducte magistrale de gaz natural reprezinta un avantaj esential pentru folosirea pompelor centrifuge submersibile sau exploatarea prin gaz-lift. In caz contrar este preferabil a se utiliza pompajul mecanic sau hidraulic folosind pentru actionare motor electric sau termic.

Un al doilea criteriu tehnic il formeaza cuplul de parametrii, inaltime de refulare (H) si debit de lichid (Q). Diagrama prezentata in figura (3.10) ne permite stabilirea unei optiuni, privind procedeul folosit pentru exploatarea sondei caracterizata prin parametrii H si Q. Astfel, pompele cu tija pot realiza presiuni ridicate dar la debite limitate. Pompele Moyno-rotary pot realiza debite intre 10 si 200 m³/zi dar pana la adancimi de maxim 1200 m.

Pompele hidraulice cu piston realizeaza cele mai mari inaltimi de pompare, la debite destul de ridicate, gratie numarului mare de curse duble pe minut ce poate lua valori intre 65.150.

Pompele cu jet nu au o valoare limita din punct de vedere al debitului insa randamentul scade cu cresterea inaltimii de refulare. Acestea necesita si o submergenta destul de mare pentru a evita aparitia cavitatiei.

Fig. 3.10 Limitele de aplicabilitate a diferitelor procedee

de exploatare a sondelor

Nici procedeul prin gaz-lift nu este limitat din punct de vedere al debitului, dar la debite mari de gaz injectat cresc pierderile prin frecare. La adancimi mari apar dificultati sporite la pornire privind stabilizarea procesului de curgere.

Pompele centrifuge submersibile sunt realizate pentru debite foarte mari, dar nu se folosesc la adancimi mai mari de 2000 m. Un impediment la acestea il reprezinta temperatura ridicata, ce este nefavorabila functionarii motorului electric, cat si izolatiei cablului de alimentare cu energie electrica.

Un alt criteriu este determinat de conditiile climaterice, normele de securitate si protectie a mediului inconjurator, de amplasamentul sondelor si nu in ultimul rand de conditiile de temperatura, corozivitate si abrazivitate ale sondei. Adoptarea unui procedeu dupa acest criteriu se face consultand tabelul 1.

Din tabelul 1 se poate observa ca in general la exploatarile marine, sonde izolate sau in numar mare, se prefera metodele gaz-lift, pompajul hidraulic si pompajul cu jet din punctul de vedere al amplasarii sondelor.

Din punct de vedere al adancimii, pompele hidraulice si cu jet sunt limitate. Nici din punct de vedere al temperaturii ele nu sunt limitate, in general fiind pompe libere, pot fi aduse la suprafata prin circulatie inversa pentru eventualele controale sau deficiente.

La sondele cu deviatii mari sunt contraindicate pompele cu tije, deoarece se produce o uzura rapida atat a tijelor cat si a tubingului. Gaz-liftul si pompajul hidraulic se aplica cu succes in astfel de situatii, putandu-se exploata si diferite strate fara a se amesteca productiile extrase.

In timp, parametrii unei sonde se modifica fiind necesar ca procedeul aplicat sa fie suficient de flexibil pentru a satisface evolutia zacamantului. In general evolutia unei sonde este prevazuta de la inceput. In practica, de multe ori aceste previziuni sunt depasite. Acest lucru se poate exemplifica prin "legea lui Parkinson" pe care inginerii americani o au in memorie cand introduc o sonda in gaz-lift: "Cererea de gaz a unui camp in gaz-lift creste continuu pana depaseste capacitatea compresoarelor instalate".

Criteriile economice

Problema care se pune la o sonda noua ce se introduce in exploatare este ce sistem extrage mai repede (actualizare), in cea mai mare cantitate (factor mare de recuperare) si la cel mai mic cost (rentabilitate).

Criteriile economice se raporteaza intotdeauna la productia extrasa exprimata in m³/zi. Primul criteriu economic este randamentul energetic al procedeului de productie (fig. 3.11). Randamentele prezentate tin cont de intregul lant de pierderi energetice. Se pot face urmatoarele observatii:

pompajul cu tije este limitat din punct de vedere mecanic la un debit de 100 m³/zi, randamentul fiind de 37% la 25 m³/zi

pompajul cu pompe centrifuge se comporta corespunzator la un domeniu al debitelor cuprins intre 50.300 m³/zi (randament maxim 47%)

gaz-liftul are un randament mare la debite mici, el crescand catre debite mai mari (randament maxim 32%)

la pompele hidraulice cu piston si cu jet se observa o variatie mica a randamentului cu debitul, avand valorile maxime, 52% respectiv, 23% la cele cu jet.

Un alt criteriu este investitia unitara raportata la productia zilnica (fig. 3.12).

Tabel 1 Adoptarea unui procedeu dupa conditiile de exploatare

foarte bine; bine; acceptabil; - metoda inacceptabila

In figura (3.12) se observa ca investitia, in general, scade odata cu marirea productiei zilnice, cel mai economic procedeu la debite mici, din acest punct de vedere fiind pompajul cu jet

pompe cu jet pompe hidraulice

gaz-lift pompe cu tije

pompe centrifuge

Fig. 3.11 Variatia randamentului energetic la diferite procedee de exploatare functie de debitul extras

    pompe cu jet

gaz-lift

pompe centrifuge

pompe hidraulice u piston

pompe cu tija

Fig. 3.12 Graficele de variatie a investitiilor unitare

Din grafic rezulta, de asemenea, o investitie mai mare la orice nivel al productiei la procedeul gaz-lift datorita statiei de compensoare de la suprafata.

Un al treilea criteriu economic este pretul de revenire unitar raportat la productia zilnica (fig. 3.13).

Daca consideram o productie de 100 m³/zi, apar diferente de 0,3 /m³ intre diferitele procedee.

Fig. 3.13 Componenta pretului de revenire unitar pentru cele patru componente principale la diferite procedee de extractie

La productii mici, dupa cum se observa (sub 50 m³/zi) devine avantajos a utiliza pompajul cu jet.

Mult mai sugestiva este prezentarea pretului de revenire tinand cont de principalele componente ale acestuia, atat pentru echipamentul de suprafata, cat si pentru cel de adancime (fig. 3.14).

   

Fig. 3.14 Graficele de variatie ale pretului unitar de revenire pentru diferite procedee de exploatare in functie de productia zilnica

In figura (3.14) pentru fiecare procedeu de exploatare a unei sonde se prezinta cele patru capitole de cheltuieli: investitia initiala, utilitatile (aici intra costul energiei folosite), intretinerea obisnuita a echipamentului si cheltuielile de extragere si introducere a utilajului de adancime.

Costul energiei cuprins in utilitati este de 0,3.0,5 /m³. In general pretul de revenire este mai mare decat cel prezentat, deoarece in exploatare mai apar si accidente tehnice iar sistemele folosite nu sunt optimizate.

In tara noastra s-a folosit pompajul hidraulic in zona Bradesti. In anexa 2 se observa cresterea productiei in cazul utilizarii pompajului hidraulic in comparatie cu pompajul cu tije.

Din cele prezentate in acest capitol rezulta ca pompajul hidraulic si cu jet prezinta o serie de avantaje cum ar fi:

productia unei sonde poate lua valori in intervalul de 15.1400 m³/zi, putand fi modificata de la 20% pana la 100% din capacitate;

se poate opera pana la adancimi de 4600 m;

se pot folosi pompe pentru tubing cuprins intre 2'' si 4'';

pompele cu jet pot lucra si in sonde cu ratii de gaze-titei mai mari, cu impuritati, corozive si cu temperaturi inalte;

se poate folosi ca fluid motor apa sau titei;

pompe hidraulice cu piston in circuit inchis se pot folosi si la zacaminte izolate;

folosite ca pompe libere, introducerea si scoaterea acestora din sonda se face hidraulic, intr-un timp foarte mic in comparatie cu pompele actionate prin tije de pompare;

se pot exploata simultan doua zacaminte aflate la adancimi diferite.

Avand in vedere ca in tara noastra exista tendinta de extindere a forajului de mare adancime, a forajului dirijat si orizontal, precum si cel de pe platformele marine, este necesar a se face un studiu corespunzator asupra metodelor de extractie a petrolului si gazelor ce folosesc motoare hidraulice liniare de adancime si pompe cu jet.

Dupa studiul principalelor metode de extractie a petrolului, tinand cont de criteriile tehnice si economice, am ales sa proiectez in capitolul urmator o unitate de pompare cu balansier pentru pompaj de adancime cu prajini. Aceasta este cel mai des intalnita datorita simplitatii si robustetii ei. In tara noastra, toate schelele de extractie fiind electrificate in curent alternativ, aceste unitati sunt actionate cu motoare electrice asincrone, cu rotor in scurtcircuit.

Sistemul de extractie prin pompaj de adancime cu prajini de pompare prezinta urmatoarele avantaje:

Sistem de proiectare relativ simplu;

Echipamentul se poate transfera usor de la o sonda la alta cu cheltuieli minime;

Eficient, simplu si usor de intretinut de personalul operator;

Aplicabil la gauri cu diametru mic;

Se poate utiliza si la presiuni de zacamant foarte mici;

Sistemul permite o evacuare partiala a gazelor prin spatiul inelar tubing-coloana si masurarea acustica a nivelului dinamic si static;

Prezinta flexibilitate mare prin modificarea parametrilor de pompare;

Rezultate usor analizabile;

Sistem aplicabil la temperaturi si vascozitati mari;

Actionarea unitatii de pompare se face cu motoare electrice sau termice;

Se pot executa usor tratamente pentru combaterea coroziunii si a depunerilor de crusta;

La actionarea unitatii de pompare cu motoare electrice se pot utiliza dispozitive de controlul lipsei de nivel;

Se pot executa regimuri de functionare in cicluri cu programatoare de cicluri;

Prajinile de pompare tubulare sunt utilizabile in coloane de exploatare mici si adaptabile pentru tratamente chimice.