1

Exploatarea sondelor cu pompe centrifuge submersibile

Pompajul cu prăjini, deşi este cel mai frecvent sistem de exploatare a sondelor, în anumite situaţii prezintă dezavantaje majore, cum ar fi:

oboseala prăjinilor la încovoiere, în cazul sondelor deviate; debite mici în cazul pompelor P (utilizate în sonde adânci, având diametrul coloanei de exploatare

mic); adâncimi de pompare mici, în cazul pompelor T.

La aceste dezavantaje particulare se mai adugă şi cele privind riscul ruperii prăjinilor şi necesitatea unei instalaţii de suprafaţă cu dimensiuni şi greutăţi mari.

În cazul sondelor cu debite mari, la adâncimi mici şi medii, apare avantajoasă utilizarea pompelor centrifuge submersibile. Acestea pot fi realizate la parametrii de lucru corespunzători condiţiilor menţionate, cu avantaje suplimentare privind simplitatea exploatării, continuitatea debitului, domeniu economic larg de exploatare.

Acest sistem s-a rezolvat în SUA, extinzându-se apoi sub denumirea de pompe REDA (ruskii electrodvigate Arutinova), după numele inventatorului de origine rusă Arutinov, care a propus sistemul în 1916.

Sistemul de exploatare prin pompaj centrifugal submersibil poate fi aplicat şi în următoarele situaţii:1. sondelor care produc petrol cu nisip în suspensie si sondelor corozive;2. sondelor cu temperaturi înalte. Agregatele de pompare obişnuite sunt prevăzute să lucreze la

temperaturi de până la 600C. Agregatele speciale pot însă ajunge la 1600C;3. sondelor cu raţii gaze-petrol importante. În astfel de situaţii, pe aspiraţia pompei, se montează un

separator de gaze;4. sondelor deviate sau celor săpate direcţional de pe platforme marine;5. sondelor producătoare de apă sărată, de apă potabilă şi minerală.

Acest tip de pompaj prezintă unele limitări:1. la anumite intervale de timp, datorită modificărilor care apar în sondă, echipamentul de fund trebuie

redimensionat (schimbat cu unul ce are alţi parametrii funcţionali);2. pierderile electrice în cablu, menţinerea lui şi a electromotorului la temperaturi şi presiuni ridicate,

limitează adâncimea de scufundare a pompei;3. în sondele deviate se produc frecări ale cablului electric cu coloana de exploatare sau cu ţevile de

extracţie, care duc la o uzură prematură a acestuia;4. temperatura de lucru (limitată în mod normal la 80-90 C, în mod special la 160 C);5. menţinerea cablului în petroluri cu un conţinut mare de produse aromate; 6. repararea ansamblului de pompare se poate face numai în ateliere specializate.

În figura 1 este prezentată schema instalaţiei cu pompă centrifugă submersibilă. Întregul ansamblu se compune din trei părţi distincte, asezate de la partea de jos a sondei si anume:

electromotorul, protectorul şi pompa. De partea superioară a ansamblului menţionat se racordează ţevile de extracţie prin care sunt refulate fluidele la suprafaţă. Între protector şi pompă se intercalează un separator de gaze, pentru a îmbunătăţi randamentul pompei centrifuge.

Pompa REDA este compusă dintr-un cilindru metalic prelucrat fin la interior, în care se introduce un arbore vertical pe care sunt montate paletele.

Pompa REDA este de tip centrifugal si are un mare număr de trepte. Numărul de palete care constituie aceste trepte variază cu înălţimea de ridicare a lichidului. Astfel, la pompele de mare presiune, numărul paletelor poate ajunge la peste 700. În această situaţie, pompa se realizează din mai multe secţiuni, care se asamblează prin mufe cu caneluri. Debitele pe care pompele REDA le pot realiza sunt cuprinse între 39 şi 5900 m3/zi, la adâncimi cuprinse între 150 şi 4270 m.

1

2

Instalaţia de exploatare a sondelor cu pompe submersibile este formată din (figura 1): 1 – rolă de ghidare; 2 – amortizor de şocuri; 3 – staţie de comandă; 4 – transformator; 5 – tobă metalică cu cablu; 6 – racord special; 7 – supapă de reţinere (plină cu lichid) a ţevilor de extracţie; 8 – cablu rotund; 9 – colier; 10 – cablu plat; 11 – pompă; 12 – separator de gaze; 13 – protector; 14 – motor electric.

Electromotorul submersibil este de tip asincron, trifazat, cu rotorul în scurtcircuit. Turaţia lui de sincronism este de 3000 rot/min la 50 Hz. Tensiunea de alimentare este cuprinsă între 335 şi 1900 V.

Protectorul este constituit din două camere separate: una superioară, în care se introduce lubrifiantul necesar pompei, şi una inferioară, în care se introduce uleiul de transformator pentru motor.

Fluidele din sondă pot pătrunde în camera superioară a protectorului dar în nici un caz nu este admisă intrarea acestuia în cea inferioară, care se găseşte în comunicaţie cu electromotorul.

În condiţii normale de lucru, rezervele de ulei şi de lubrifiant din protector sunt de circa 3 – 7 şi pot să asigure funcţionarea neîntreruptă a agregatului de fund timp de 6-12 luni.

Exploatarea sondelor cu pompe KOBE sau pompajul hidrostatic

Acţionarea pompei se face cu motor de adâncime, cuplat cu aceasta. Acest motor este acţionat hidraulic de fluidul introdus de la suprafaţă, unde se află generatorul hidraulic. Se utilizează astfel principiul transmisiilor hidrostatice, cu particularitatea privind lungimea mare a conductei de legătură de la generatorul de suprafaţă la motorul de adâncime.

Sub denumirea pompaj cu pompe KOBE, sistemul a apărut în 1932, fiind conceput de firma KOBE. Astăzi, deşi sunt numeroase firmele care produc utilajul pentru o astfel de exploatare a sondelor, denumirea s-a păstrat.

Principiul metodei

2

Figura 1 Schema instalaţiei cu pompă centrifugă submersibilă.

3

Schema de principiu a unei astfel de instalaţii este prezentată în figura 2, în care sunt folosite două coloane concentrice de ţevi de extracţie. Este posibilă şi utilizarea unei singure coloane de ţevi de extracţie, rolul celei de-a doua fiind luat de coloana de exploatare.

Generatorul hidraulic de suprafaţă 2 (o pompă cu pistoane) aspiră fluid din rezervorul 1 şi-l introduce la presiunea în coloana centrală (haşurată). Fluidul antrenează motorul hidraulic 4, al cărui piston are tijă comună cu pompa cu dublu efect 5.

Pentru ca sistemul să fie eficient, este necesar ca debitul introdus pentru acţionarea motorului hidrostatic, , să fie mai mic decât cel ieşit din sondă, .

Presiunea pe care trebuie să o realizeze generatorul de suprafaţă rezultă din ecuaţia de bilanţ al puterilor:

(9.12)sau

(9.13)

unde este pierderea de putere hidraulică între punctele de intrare şi de ieşire din sondă.Fluidul extras trece la separatorul 3 şi apoi la rezervorul 1, de unde o parte este reutilizat ca agent

motor; diferenţa constituie producţia extrasă.Schema prezentată în figura 2 corespunde sistemului numit în circuit deschis, care utilizează ca agent

motor o parte a fluidului extras. În cazul sistemului în circuit închis, se utilizează un fluid motor diferit de cel produs, fiind necesară o garnitură suplimentară de ţevi (retur separat al fluidului motor).

Exploatarea sondelor prin erupţie artificială

Erupţia artificială se aplică, de obicei, sondelor cu capacitate de producţie şi presiune de fund relativ mari.

Una dintre metodele de extracţie artificială este erupţia artificială sau gaz-liftul. Erupţia artificială se bazează pe energia potenţială înmagazinată de gazele comprimate.

Ridicarea artificială a fluidelor ce vin din stratul productiv prin perforaturi urmăreşte menţinerea unei presiuni adecvate la talpa sondei încât aceasta să producă debitul preconizat.

Uneori sonda poate produce acest debit datorită propriei energii cu care intră fluidele în sondă. Chiar după trecerea unei perioade de timp, sonda poate produce fără să fie ajutată cu energie din exterior. Debitul va fi din ce în ce mai mic, pe măsură ce presiunea de zăcământ scade. La un moment dat sonda va înceta să mai producă. Atât în timpul scăderii presiunii de zăcământ, cât şi după ce sonda încetează să mai producă, introducerea unei metode artificiale de ridicare a fluidelor de la talpa sondei poate face ca aceasta să producă debitul dorit.

Erupţia artificială poate fi continuă sau intermitentă. La erupţia artificială continuă, injectarea gazelor comprimate în coloana ţevilor de extracţie se face fără întrerupere, în timp ce la erupţia artificială intermitentă, injectarea se face la anumite intervale de timp, suficient de mari pentru a permite refacerea nivelului de lichid în sondă.

Gazele comprimate sunt injectate direct în ţevile de extracţie (figura 3), la o adâncime bine determinată, în scopul reducerii greutăţii specifice a fluidului extras. Astfel, presiunea exercitată de coloana verticală de fluide din ţevile de extracţie se va micşora şi va permite stratului să debiteze corespunzător acestei presiuni.

Modificând debitul de gaze sau adâncimea punctului de injecţie se poate realiza presiunea diferenţială strat-sondă care asigură extragerea debitului preconizat.

Pentru a nu necesita presiuni mari de gaze, pornirea unei sonde în gaz-lift se face prin mai multe supape de pornire, fluidul uşurându-se progresiv, spre adâncimi din ce în ce mai mari. În final, gazele sunt injectate prin supapa de lucru.

3

4

Pentru controlul presiunii la capul de pompare (gura sondei), petrolul şi gazele asociate ies din sondă printr-o duză, fiind conduse, printr-o conductă colectoare, la parcul de separatoare. Aici se face separarea gazelor, a apei şi a impurităţilor mecanice (nisip). Petrolul astfel curăţat este stocat în rezervoare, iar gazele sunt trimise spre consumatori (casnici şi industriali) şi spre camera de joasă presiune (incintă din care aspiră compresorul).

4

Figura 2 Instalaţia de pompaj hidrostatic.

Figura 3 Extracţia artificială.