1

1. Ce presupune erupția artificială continuă si care sunt avantajele si dezavantajele erupției artificiale continue? Erupția artificială continuă sau gaz liftul continuu presupune injectarea continuă a gazelor comprimate direct în

coloana de fluide produse de sondă pentru a reduce densitatea acestora și implicit presiunea dinamică de fund, permițând stratului să debiteze corespunzător acestei presiuni.

Gazele pot fi injectate prin: • coloană în cazul erupției artificiale directe; • țevi în cazul erupției artificiale indirecte.

Erupția artificială continuă se aplică atunci când: • debitul de lichid este de:

• 4 - 5 m3/zi în cazul echipării sondei cu tubing de diametru mic (1 in, 1 1/4 in); • 20 - 600 m3/zi în cazul erupției artificiale continue directe; • 600 - 4000 m3/zi în cazul erupției artificiale continue indirecte;

• indicele de productivitate este IP > 1 m3/(zi.bar) ;

• gradientul de presiune este Dp/Dh > 0,018 bar/m.

Dintre avantajele erupției artificiale continue se menționează: • flexibilitatea exprimată prin faptul că sonda o dată echipată, se poate adapta la evoluția debitului,

impurităților, rației gaze-lichid și presiunii dinamice de fund fără schimbarea echipamentului de fund; • echipamentul de fund și de suprafață este simplu și necostisitor; • se aplică în sonde verticale și deviate; • se aplică și în cazul sondelor care produc cu nisip; • intervențiile în gaura de sondă nu sunt complicate; • există posibilitatea efectuării tratamentelor contra coroziunii, e-mulsiilor, spumei, depozitării de săruri

și parafine prin adăugarea unor produse specifice fiecărui tratament în gazele injectate; • se aplică în cazul sondelor cu diametru mic și în cazul completărilor multiple.

Dezavantajele acestei metode de extracție a petrolului sunt: • necesitatea unei surse de gaze și a instalațiilor de comprimare a gazelor, în cazul în care sursa de gaze

de înaltă presiune lipsește; • cantitatea de gaze injectate pentru a extrage un anumit debit de lichid variază cu o serie de parametrii

ca: presiunea din capul de erupție, presiunea în linia de injecție, diametrul țevilor de extracție etc.; • imposibilitatea aplicării erupției artificiale continue în cazul presiunilor dinamice de fund mici; • apar dificultăți legate de gazele corozive; • necesitatea unui tratament fie de deshidratare a gazelor, fie de injecție de metanol în cazul formării

criohidraţilor; • manipularea gazelor de înaltă presiune; • randament energetic redus (energia hidraulică/ energie furnizată) (25-30%) care se micșorează cu

creșterea adâncimii. 2. Cum se determină presiunea de pornire a sondelor în gaz-lift continuu si care sunt metodele de micșorare a

presiunii de pornire a unei sonde în gas-lift continuu? Pornirea unei sonde în gaz-lift continuu presupune injectarea gazelor prin spațiul inelar la o anumită presiune de injecție pinj astfel încât acestea să ajungă în punctul de injecție sau la şiul țevilor de extracție. Presiunea de injecție sau presiunea de pornire este dată de relația:

2

Schema sondei înainte de pornire, a., respectiv în timpul pornirii b. In schemele de mai sus hc reprezintă înălțimea pe care se ridică fluidul în sondă ca urmare a presiunii de zăcământ, pc , iar Δh este înălțimea pe care se ridică în țevile de extracție fluidul împins din spațiul inelar de gazele care au ajuns la şiul țevilor de extracție.

- atunci când gazele au ajuns la şiul țevilor de extracție fluidul din sondă nu a deversat încă.

- dacă fluidul din sondă deversează înainte ca gazele să ajungă la şiul țevilor de extracție

- în cazul în care gazele s-ar injecta prin țevile de extracție

Metode de micșorare a presiunii de pornire Metoda împingerii lichidului în strat se aplică în cazul stratelor cu permeabilitate mare și presupune ca gazele să fie injectate simultan și prin țevi și prin spațiul inelar, astfel încât o parte din lichid intră în strat conducând la micșorarea înălțimii hc . Se scurg apoi gazele din țevi după care se continuă injecția de gaze numai prin spațiul inelar. Metoda gazeificării lichidului presupune injectarea gazelor prin țevi astfel încât o parte din lichidul din sondă este împins în strat, iar restul este barbotat în coloană având drept rezultat reducerea densității lichidului. In continuare gazele se injectează prin spațiul inelar, liftând la suprafață un lichid gazeificat de densitate mai mică. Metoda pistonatului presupune efectuarea pistonatului prin țevi simultan cu injecția gazelor prin spațiul inelar. Introducerea treptată a țevilor în lichid se aplică la stratele cu permeabilitate mică și constă în introducerea țevilor în lichid pe o înălțime h pe care lichidul din coloană poate fi dezlocuit cu ajutorul presiunii de injecție disponibilă. Înălțimea h se poate determina din relația (3):

Utilizarea mufelor cu orificii presupune montarea unor mufe cu orificii în garnitura de țevi la adâncimile h, h', h".... Utilizarea supapelor de pornire constă în montarea unor supape de pornire în locul mufelor cu orificii. Față de mufele cu orificii care rămân deschise, supapele de pornire prezintă avantajul că atunci când gazele pătrund printr-o supapă inferioară, supapa superioară este proiectată să se închidă automat, iar sonda poate fi pornită în mod automat.

3. Ce tipuri de instalații de erupție artificială cunoașteți și care sunt avantajele și dezavantajele lor? Instalațiile de erupție artificială continuă se împart în două categorii în funcție de tipul completării sondei (fig.1.3 ) și anume: · instalații de erupție artificială pentru completare simplă ; · instalații de erupție artificială pentru completare dublă. Instalațiile de erupție artificială pentru completare simplă sunt la rândul lor de mai

3

multe tipuri (fig.1.4): · instalații de tip deschis; · instalații de tip semiînchis; · instalații de tip închis. Instalațiile de tip deschis se remarcă prin lipsa packerului, permițând țevilor să fie în comunicație cu coloana. Prin urmare, fluctuațiile din linia de injecție determină variația nivelului de lichid în coloană ceea ce face ca lichidul să treacă prin supapele de sub punctul de injecție supunându-le la eroziune. O altă problemă care apare aici constă în acumularea lichidului în coloană în timpul opririi sondei. Instalațiile de tip semiînchis și închis anulează toate dezavantajele instalațiilor de tip deschis și în plus instalația de tip închis prezintă avantajul că se poate adapta ușor la trecerea în erupție artificială intermitentă fără cameră de acumulare. 4. Pentru ce sunt utilizate supapele de gaz-lift și de câte tipuri sunt?

Supapele de gaz lift sunt utilizate pentru: · descărcarea sondei în vederea punerii în producție a acesteia; · injecția continuă de gaze pentru extragerea unui anumit debit de lichid. Ele se amplasează în mandrinele de gaz lift (side pocket mandrel) (fig.1.5) care se intercalează între două bucăți de țeavă și a căror construcție depinde de tipul supapei si de tipul completării sondei (simplă sau dublă). Mandrinele de gaz lift pot fi convenționale (supapele montậndu-se pe exteriorul acestora) sau laterale, în interiorul cărora supapele se introduc cu ajutorul instalației de operat cu sârmă. Supapele de gaz lift sunt de mai multe tipuri în funcție de construcția acestora, cele mai utilizate fiind cele cu burduf și cu sau fără arc. Din punctul de vedere al modului de fixare în mandrine, supapele de gaz lift pot fi: · convenționale (fixe) care se montează de la suprafață pe exteriorul mandrinelor convenționale și pentru a căror extragere este necesară extragerea tubingului; · mobile, care sunt introduse prin tubing și fixate în mandrinele laterale cu ajutorul instalației de operat cu sârmă și a dispozitivului de lansare (kickover tool). Pentru extragerea lor nu este necesară extragerea tubingului, această operație realizându-se tot cu ajutorul instalației de operat cu sârmă și a dispozitivului de lansare. Supapele cu burduf (fig. 1.6) au următoarele componente principale: · burduful care este încărcat cu azot la suprafață la o anumită presiune, pb ; domul supapei; · corpul supapei confecționat din oțel inox; · tija prevăzută la capăt cu o bilă; · scaunul supapei; · arcul care uneori poate lipsi; · supapa de reținere montată la partea inferioara a supapei care împiedică trecerea fluidului din țevi în coloană de exemplu în timpul operațiilor de stimulare a sondei. In funcție de presiunea care acționează asupra lor pentru a le deschide supapele de gaz lift se împart în două mari categorii și anume: · supape acționate de presiunea fluidelor produse de sondă (Pro-duction Pressure Operating – P.P.O.) caracterizate de efectul de coloană; · supape acționate de presiunea din coloana sondei (Injection Pressure Operated – I.P.O.) caracterizate de efectul de tubing. Supapele acționate de presiunea fluidelor produse de sondă prin țevi se deschid atunci când forța de presiune din țevi depășește forța de presiune din burduful supapei, sau forța exercitată de arc. Ele se utilizează în general atunci când presiunea în coloană este variabilă sau mică, temperatura este dificil de estimat în gaura de sondă și când sonda are completare duală. Spre deosebire de acestea, supapele acționate de presiunea din coloana sondei se deschid atunci când forța de presiune a gazelor injectate prin coloana sondei depășește forța de presiune din burduful supapei și forța exercitată de arc. Aceste supape sunt cele mai utilizate. De asemenea, în funcție de raportul dintre presiunea de deschidere și cea de închidere, supapele sunt: · echilibrate (când presiunea de deschidere este egală cu presiunea de închidere); · neechilibrate (când presiunea de deschidere este mai mare decât presiunea de închidere). 5. Care sunt parametrii supapelor cu burduf și cum se determină presiunea de deschidere în condițiile existente în

sondă pentru supapele neechilibrate?

Parametrii supapelor cu burduf sunt:

4

-presiunea de deschidere la suprafață și la adâncimea de amplasare a supapei; -presiunea de închidere la suprafață și la adâncimea de amplasare a supapei; -presiunea de deschidere în tester; -debitul de gaze care trece prin supapă. Presiunea de deschidere în condițiile existente în sondă pdesch(L) , se determină din echilibrul de forțe care acționează asupra supapei în momentul deschiderii, aceasta considerându-se închisă. Presiunea pdesch(L) este dată de relația:

în care pbt reprezintă presiunea în burduf la temperatura din sondă; pa- presiunea necesară pentru a învinge forța de compresiune a arcului de a deschide supapa corespunzător presiunii în

țevile de extracție pt =0 bar și a unei presiuni în burduf pb =0 bar. R - raportul dintre aria valvei, Av și aria burdufului Ab , R = Av / Ab ; pt - presiunea din țevile de extracție în dreptul supapei. R/(1−R) - tubing effect factor care reprezintă scăderea presiunii de deschidere (bar) corespunzătoare unei creșteri de presiune în țevile de extracție de 1 bar. ptR/(1-R) − - tubing effect. Atunci când supapa nu are arc relația devine:

6. Care este alura curbei de comportare a sondei în gaz-lift și ce parametrii se pot citi de pe această curbă?

Se reprezintă grafic valorile debitelor de lichid obținute prin corelația de funcționare strat-sondă în funcție de debitele de gaze injectate considerate și se obține curba de comportare a unei sonde în gaz-lift de pe care se poate determina debitul maxim de lichid, respectiv debitul optim și debitele de gaze injectate corespunzătoare acestora.

7. Cum se realizează pornirea sondelor în gaz-lift continuu? După ce s-a introdus garnitura de țevi echipată cu supapele de pornire și de lucru în gaura de sondă, urmează ca sonda să fíe descărcată de fluidul cu care a fost umplută (țiței sau apă sărată), astfel încât gazele să ajungă la supapa de lucru. Supapele de pornire au fost montate la anumite adâncimi în garnitura de țevi. Adâncimile de fixare ale supapelor au fost determinate pe cale grafică sau pe cale analitica. De asemenea, presiunile de deschidere și de închidere la suprafață ale supapelor au fost alese astfel încât să nu se producă fenomenul de interferență între supape. Deci s-

5

a urmărit ca la un moment dat gazele să pătrundă numai printr-o supapă și nu prin mai multe în același timp. Astfel presiunea de deschidere a unei supape este egală cu presiunea dc închidere a celei de deasupra ei. Considerăm că în garnitura de țevi s-au montat 4 supape (trei de pornire și una de lucru). Presiunile de deschidere la suprafață ale acestor supape sunt: 40 bar, 38, bar,36 bar și 34 bar. Presiunile de închidere sunt: 38 bar, 36 bar,34, bar și 32 bar. Se începe operația de pornire a sondei prin injectarea în coloana sondei printr-o duză reglabilă, gazele sub presiune. In acest moment toate supapele sunt deschise permițând trecerea fluidului din spațiul inelar în țevile de extracție și mai departe la suprafață unde se recuperează într-o habă. Pe măsură ce gazele pătrund în spațiul inelar presiunea în coloana sondei crește treptat până când gazele ajung să descopere prima supapă la o presiune de 40 bar. Presiunea în coloană este menținută constantă la valorea dc 40 bar. Pe măsură ce gazele pătrund în țevi prin prima supapă, presiunea în tubing la nivelul supapei respective scade continuu, iar nivelul lichidului din spațiul

inelar este continuu împins în jos. Pe măsură ce nivelul lichidului din spațiul inelar coboară, gazele ajung să descopere și cea de-a doua supapă. în momentul în care gazele pătrund și prin supapa a doua, are loc o cădere de presiune în coloană ceea cc determină închiderea supapei 1. Prin urmare gazele pătrund prin supapa 2 la presiunea de 38 bar care reprezintă presiunea de închidere a supapei 1, fiind menținută constantă. Ca urmare a pătrunderii gazelor în țevi prin cea de-a doua supapă, presiunea în țevi în dreptul acestei supape scade. Pentru că presiunea în coloană este menținută constantă, nivelul de lichid din coloană scade continuu, până când gazele ajung să descopere și cea de-a treia supapă. în acest moment sc produce o cădere de presiune în coloana, determinând scăderea presiunii la 36 bar care reprezintă presiunea de închidere a supapei 2. Prin urmare, supapa 2 se închide, procedeul repetându-se până când gazele ajung să descopere supapa de lucru. In acest moment toate supapele de pornire sunt închise.

8. Ce presupune erupția artificială intermitentă?

In cazul erupției artificiale intermitente sau gaz-liftului intermitent, spre deosebire de erupția artificială continuă, injectarea gazelor comprimate se face intermitent în scopul aducerii la suprafață a dopului de lichid acumulat în perioada de acumulare. Prin urmare, o sondă exploatată prin gaz-lift intermitent produce pe bază de cicluri, un ciclu cuprinzând următoarele perioade:

- perioada de acumulare când supapa de lucru este închisă iar fluidul provenit din strat se acumulează în țevi sau în camera de acumulare în funcție de tipul instalației de gaz-lift intermitent;

- perioada de injecție sau de liftare în care supapa de lucru se deschide permițând pătrunderea gazelor din coloană în țevi pentru ridicarea dopului de lichid acumulat în perioada de acumulare;

6

- perioada de destindere a gazelor când supapa de lucru se închide, presiunea în tubing scade scurgându-se la separator, simultan cu scurgerea în jos a unei părți din dopul de lichid și cu pătrunderea fluidului din strat în sondă.

Erupția artificială intermitentă se aplică atunci când: - presiunea stratului este mică; - debitul de lichid este mic; - indicele de productivitate IP <1 m3/ zi× bar ; - presiune statică relativ mare și indice de productivitate scăzut; - presiune statică mică și indice de productivitate mare.

9. Care sunt avantajele și dezavantajele erupției artificiale intermitente și ce tipuri de instalații de erupție artificială

intermitenta cunoașteți? Dintre avantajele erupției artificiale intermitente se menționează: - poate produce un debit de lichid mai mare decât în cazul în care sonda ar produce în gaz-lift continuu; - producția obținută poate fi controlată prin modificarea debitului de gaze injectate, volumului de gaze injectate

și frecvența ciclurilor; În afara dezavantajelor menționate în cazul gaz-liftului continuu această metodă de extracție a petrolului mai prezintă următoarele dezavantaje: - nu se recomandă la sondele de mare adâncime și echipate cu tubing de diametru mic; - are un randament mult inferior față de gaz-liftul continuu deoarece energia gazului comprimat în spatele

dopului de lichid este pierdută atunci când acesta ajunge la suprafață; - instalația de gaz- lift intermitent este mai costisitoare decât în cazul gaz-liftului continuu.

Instalațiile de erupție artificială intermitentă se împart în două categorii și anume: - instalații de erupție artificială intermitentă fără cameră de acumulare; - instalații de erupție artificială intermitentă cu cameră de acumulare.

În cazul sondelor exploatate prin erupție artificială intermitentă controlul injecției de gaze se face automat cu ajutorul unui ventil programator sau controler, o instalație complet automatizată.

10. Care este alura variației presiunii dinamice de fund la instalațiile de erupție artificială intermitentă cu cameră

de acumulare, respectiv fără cameră de acumulare si care sunt defecțiunile camerei de acumulare?

Dintre cele două tipuri de instalații cea cu cameră de acumulare permite acumularea unei cantități maxime de fluid pe baza exercitării unei presiuni minime asupra stratului. În acest mod se obține o presiune medie de fund mai scăzută spre deosebire de instalația de gaz lift intermitent fără cameră de acumulare. Din acest motiv instalația cu cameră de acumulare se folosește în special la sondele cu presiuni de fund scăzute.

11. Care este echipamentul de fund la o sonda în erupție artificială intermitentă și rolul acestuia?

Echipamentul sondelor în erupție artificială se compune din: - echipamentul de suprafață: capul de erupție;

7

- echipamentul de fund care este în funcție de tipul instalației de erupție artificială intermitentă: țevi de extracție, supape de gaz-lift convenționale și pilot, supapă fixă, packere, cameră de acumulare și accesoriile sale.

12. Care sunt parametrii unei instalații de gaz-lift intermitent si cum se determină înălțimea dopului de lichid și

lungimea camerei de acumulare la gaz-lift intermitent?

Parametrii unei instalații de gaz lift intermitent sunt: · înălțimea dopului de lichid; · lungimea camerei de acumulare; · volumul de gaze necesar liftării dopului de lichid la suprafață; · debitul de gaze și rația gaze-lichid consumată; · timpul unui ciclu de gaz lift intermitent; · debitul sondei exploatată prin gaz lift intermitent.

- înălțimea dopului de lichid;

unde:

λ reprezintă factorul de frecare care depinde de regimul de curgere ; d - diametrul interior al țevilor de extracție, m; v - viteza de ridicare a dopului de lichid care se recomandă a fi de 5- 6 m/s pentru îmbunătățirea coeficientului de recuperare al dopului; pdesch(L) - presiunea de deschidere a supapei de lucru la adâncimea L de amplasare a acesteia, Pa; p2 - presiunea din capul de erupție care este egală cu presiunea de la separator, Pa.

- lungimea camerei de acumulare;

În cazul instalației de gaz lift intermitent cu cameră de acumulare, lungimea camerei se determină pe baza volumului dopului de lichid care trebuie liftat la suprafață.

- volumul de gaze necesar liftării dopului de lichid la suprafață;

În scopul determinării volumului de gaze necesar liftării dopului de lichid este necesar să se determine presiunea medie a gazelor din țevi în momentul în care dopul a ajuns la suprafață, aceasta fiind dată de relația:

unde psd reprezintă presiunea sub dop în momentul în care acesta a ajuns la suprafață iar ptv este presiunea în țevi la nivelul supapei de lucru atunci când dopul de lichid a ajuns la suprafață. Volumul de gaze necesar liftării dopului de lichid este dat de relația:

în care: Vt reprezintă volumul țevilor în m3, calculat cu relația:

Tm- temperatura medie în sondă, K ; zm - factorul de abatere al gazelor pentru pm și Tm.

8

- debitul de gaze și rația gaze-lichid consumată; Debitul de gaze Qg care trebuie să pătrundă din spațiul inelar în țevile de extracție se determină cu relația:

în care ti reprezintă timpul de injecție. Dacă se cunoaște debitul de gaze necesar liftării dopului de lichid se poate determina și rația gaze-lichid consumată cu relația:

13. Din ce se compune timpul unui ciclu la gaz-lift intermitent si cum se determină numărul de cicluri și debitul

unei sonde în gaz-lift intermitent ?

Timpul unui ciclu de gaz lift intermitent se compune din: - timpul de acumulare; - timpul de injecție; - timpul de destindere a gazelor. Timpul de injecție se determină cu relația:

sau se mai poate determina pe baza volumului de gaze V0 și a debitului de gaze Qg :

Timpul de destindere al gazelor rezultat din experimentele practice la sonde este de 10 - 12 minute. Prin urmare, timpul unui ciclu de gaz lift intermitent este:

numărul de cicluri într-o zi, n :

debitul sondei, Ql :

14. Care sunt echipamentele ce compun instalația de pompaj de suprafață și rolul acestora?

O instalație de pompare cuprinde utilajul de fund și de suprafață. Utilajul de suprafață cuprinde unitatea de pompare, capul de pompare și conducta de amestec. La rândul său, unitatea de pompare se compune din balansier, care se sprijină pe o capră de susținere, reductor, biele, manivele, rama sau sania și electromotor. Capul de pompare este prevăzut cu o flanșă dublă excentrică și cu o flanșă simplă excentrică care permit centrarea țevilor și prăjinilor cu capul de balansier. Flanșa simplă excentrică este filetată la interior pe toată lungimea. La partea

9

inferioară a acesteia se înfiletează prima bucată de țeavă de extracție, iar la partea superioară se înșurubează un teu care permite ieșirea țițeiului din sondă. La partea superioară a teului este montată cutia de etanșare prevăzută cu inele de bronz ce strâng între ele prin înșurubare garniturile de etanșare. 15. Care sunt echipamentele ce compun instalația de pompaj de adâncime și rolul acestora?

Echipamentele ce compun instalația de pompaj de adâncime: 1-coloana de exploatare; 2-scraper; 3- ancoră pentru țevile de extracție; 4- pompa de extracție; 5- pistonul pompei; 6-sorb; 7- separator de fund; Pompa de adâncime reprezintă elementul principal al instalației de pompare, deoarece de modul de funcționare al acesteia depinde, în cea mai mare măsură, cantitatea de lichid adusă la suprafață. Pompa de adâncime este formată dintr-un cilindru, având la partea inferioară un scaun cu bilă 2, cu rol de supapă de aspirație, care se mai numește și supapă fixă și un piston cilindric mobil 3, prevăzut cu un scaun cu bilă 4, cu rol de supapă de refulare, care se mai numește și supapă mobilă. Ansamblul cilindru-piston este fixat etanș la partea inferioară a garniturii de țevi de extracție 6 și scufundat în lichidul 7, aflat în coloana de exploatare 8 a sondei. Pompa este introdusă în coloana de exploatare cu supapa fixă sub nivelul la care se stabilește lichidul în coloană când pompa funcționează. Distanța de la nivelul de lichid (nivelul dinamic) până la supapa fixă se numește submergenţa dinamică a pompei (h). Scraperele 2 au rolul de a răzui parafina de pe interiorul țevilor de extracție. Ancora pentru țevile de extracție 3 permite fixarea țevilor stare de tensiune pentru a elimina alungirea acestora. In acest mod se poate obține o cursă la piston mai mare și se evită fenomenul de flambaj al țevilor la cursa ascendentă. Separatorul 7 are rolul de a separa gazele și nisipul la aspirația pompei. 16. Descrieți modul de funcționare al pompelor cu piston.

Pistonul este acționat de la suprafață prin intermediul prăjinilor de pompare 5, de la care primește o mișcare alternativă. Mișcare circulară transmisă de la motor la reductor este transformată de sistemul bielă-manivelă în mișcare alternativă rectilinie; prin intermediul balansierului și al garniturii de prăjini de pompare, această mișcare este transmisă pistonului. Pompa cu piston este, deci, o pompă în care lichidul este ridicat din sondă la suprafață prin mișcarea rectilinie alternativă a pistonului în cilindrul pompei. În funcție de deplasarea alternativă a pistonului, procesul de funcționare al pompei este periodic. Ciclul de pompare este format din două faze : aspirația și refularea. Fazele ciclului de funcționare a pompei sunt comandate de cele două supape, care deschid, respectiv închid, periodic, accesul lichidului din sondă în cilindrul pompei, respectiv din cilindrul pompei în țevile de extracție. La începutul cursei în sus a pistonului supapa mobilă se închide, iar

greutatea lichidului din țevi, corespunzătoare secțiunii brute a pistonului este preluată de prăjinile de pompare. Odată cu deplasarea ascendentă a pistonului, se creează o depresiune în cilindrul pompei, iar supapa fixă se deschide imediat ce presiunea de deasupra ei scade sub valoarea presiunii din sondă, permițând lichidului din coloană să intre în cilindrul pompei. La cursa în jos supapa fixă se închide, deoarece lichidul de sub piston este comprimat, iar supapa mobilă se deschide numai când presiunea lichidului de sub piston depășește presiunea coloanei de lichid din țevile de extracție; ca urmare greutatea lichidului se transferă de pe piston pe țevile de extracție. Pistonul se deplasează în jos prin lichidul din cilindrul pompei.

10

Rezultă că pompa de extracție este în principiu, o pompă cu piston cu simplu efect. Este de menționat că, de multe ori, cilindrul pompei de adâncime nu este umplut complet cu lichid, în timpul cursei ascendente. O parte din volumul cilindrului este umplut cu gaze, ceea ce conduce la un randament scăzut al pompei. Dacă volumul de gaze aspirate este mare, la coborârea pistonului, presiunea țițeiului și gazelor de sub acesta nu crește destul pentru a putea deschide supapa mobilă. La cursa ascendentă, fluidul se destinde, dar presiunea în pompă este destul de mare, ca să nu permită deschiderea supapei fixe de aspirație. În acest caz pompa este blocată cu gaze și nu produce. Trebuie menționat că fenomenul de blocare cu gaze nu este în general permanent. În momentul producerii lui, pompa nedebitând, nivelul de lichid în coloană crește până când va învinge contrapresiunea ce menținea închisă supapa fixă, și astfel o cantitate de lichid va pătrunde în pompă. Crescând cantitatea de fluid incompresibil din pompă, la cursa descendentă următoare, sub piston se va realiza o presiune superioară; ca urmare, supapa mobilă se deschide și o cantitate de gaze și lichid trece deasupra pistonului. Pompa va funcționa cu un debit redus un timp oarecare, după care blocarea se va produce din nou. Astfel, pompa va produce intermitent, în rafale, cu debit redus de lichid. Transferul greutății lichidului de pe piston la țevile de extracție și invers influențează mult mișcarea pistonului în pompă, datorită alungirilor alternative ale țevilor de extracție și prăjinilor de pompare. Astfel, cursa pistonului în pompă diferă de cursa prăjinii lustruite la suprafață. 17. Când se produce fenomenul de sincronism și cum se determină frecvențele periculoase, respectiv nepericuloase?

Balansierul fiind în mișcare, peste oscilațiile libere amortizate ale garniturii elastice se suprapun și oscilațiile forțate impuse garniturii de mișcarea balansierului. În cazul când frecvențele impulsurilor forțate și cele ale oscilațiilor libere sunt egale sau multiple una față de alta și în concordanță de fază, oscilațiile sunt sincrone, întărindu-se reciproc, astfel încât sarcina în garnitura de prăjini se mărește. De aceea este necesar să se stabilească un număr de curse la prăjina lustruită astfel încât fenomene de sincronism să nu se producă.

unde N reprezintă raportul dintre frecvența oscilațiilor libere sau naturale și a celor forțate, N fiind număr întreg ( N = 1,2,3,...,k ). Pentru N = 1 are loc sincronismul de ordinul 1 care este cel mai periculos deoarece apar deformații mari în garnitura de prăjini. Din relația (28) rezultă pentru determinarea frecvențelor periculoase nI următoarea ecuație:

Frecvențele nepericuloase ni se determină ca medie geometrică între frecvențele periculoase: unde: nI – frecvențe periculoase cd / min; ni – frecvențe nepericuloase cd / min; L - lungimea garniturii de prăjini, m.

In calculele practice de șantier se lucrează cu un număr de curse duble pe minut mic și lungime de cursă mare pentru a reduce sarcinile dinamice, uzura pompei, pentru a evita griparea pistonului, flambajul garniturii de prăjini. 18. Cum se modifică practic numărul de curse duble pe minut , respectiv cursa capului balansier S?

Lungimea cursei se modifică schimbând poziția butonului bielei în alt alezaj de pe corpul manivelei. Numărul de curse se modifică schimbând șaiba de la motor. Prin modificarea diametrului rotii de transmisie a motorului sau al rotii de transmisie de pe arborele cu turație mare al reductorului se reglează raportul total de reducere motor- manivela, respectiv numărul de curse duble pe minut ale balansierului.

11

19. La ce cursă flambează țevile de extracție și care sunt măsurile care se iau pentru evitarea acestui fenomen?

La cursa ascendentă garnitura de țevi de extracție flambează la partea inferioară ca urmare a presiunii interioare care apare la preluarea greutății lichidului de către piston și deschiderii supapei fixe. In acest caz prăjinile nu mai sunt coaxiale cu țevile de extracție, apărând puncte de contact între acestea și țevi. Prin urmare, uzura țevilor de extracție este accentuată de frecările existente în punctele de contact ale țevilor cu coloana de exploatare, cu garnitura de prăjini, precum și de frecările dintre acestea și cuțitele de deparafinare prevăzute în componența garniturii de prăjini. Pentru a evita flambarea garniturii de țevi la cursa ascendentă se procedează fie la ancorarea acestora în stare de tensiune în poziția corespunzătoare cu alungirea maximă din ciclul de pompare (pompa în repaus și țevile pline), fie la suspendarea sub pompă a unei tije grele a cărei greutate sa fie egală cu forța care produce flambarea țevilor.

20. Care sunt cauzele ruperii prăjinilor?

Cauzele ruperilor de prăjini de pompare sunt: - oboseala materialului care este rezultatul unei defectări progresive, când prăjinile sunt supuse la sarcini variabile

ce se repeta ciclic timp îndelungat intr-un mediu lichid de multe ori coroziv. - depășirea duratei limita de folosire in condiții normale sau de coroziune. - încărcarea prăjinilor cu sarcini superioare celor admise prin folosirea pompelor cu diametru prea mare pentru

debite extrase sau cauzate de frecarea pe pereții țevilor de extracție în cazul găurilor de sonda deviate. - sarcini accidentale care apar în cazul pompării cu șocuri, produsa prin lipsa de nivel, parafinări sau înnisipări. - manevrarea necorespunzătoare a prăjinilor in schela. - defecte de construcție (calitatea inferioara a otelului, execuție greșită a mufelor sau cepurilor, tratamente termice

incorecte). 21. Care sunt sarcinile care acționează în garnitura de prăjini?

În cursul unui ciclu de pompare asupra prăjinii de pompare acționează următoarele două tipuri de sarcini: 1. sarcini statice; 2. sarcini dinamice; Sarcinile statice

Sarcinile statice Ps sunt date de: - greutatea proprie a garniturii de prăjini scufundată în lichid Ppb , - greutatea coloanei de lichid Pl care acționează asupra secțiunii brute a pistonului; - forța de flotabilitate datorită submergenţei dinamice Ph care în general are o valoare mică și deci se poate neglija. - forțele de frecare provenite din frecarea prăjinilor în țevile de extracție, din frecarea pistonului în cilindrul pompei și din rezistențele hidraulice datorate mișcării lichidului în țevile de extracție. In calcule se iau in considerare numai forțele de frecare dintre prăjini si țevi. Prin urmare, la cursa ascendentă sarcinile statice sunt date de relația:

iar la cursa descendentă sarcinile statice sunt date de relația: unde Pp reprezintă greutatea garniturii de prăjini în aer, iar b este factorul de flotabilitate. Sarcinile dinamice

Sarcinile dinamice apar Pd apar din cauza variației ca mărime și ca sens a accelerației maselor în mișcare. Ele sunt date de forțele de inerție a garniturii de prăjini și a coloanei de lichid, forțele datorită vibrațiilor din garnitura de prăjini și forțele de șoc. Vibrațiile apar ca urmare a preluării și înlăturării relativ bruște a greutății coloanei de lichid de pe piston. Aceste forțe sunt mici și greu de determinat și deci se neglijează.

12

Forțele de șoc sunt rezultatul acțiunilor mecanice din sistemul de pompare. De asemenea, acestea pot fi generate de prezenta nisipului în fluidele extrase, de defectarea echipamentului de suprafață, etc. Aceste sarcini se neglijează în calculele practice. Forțele de inerție sunt date de relația:

unde m reprezintă masa în mișcare, iar a este accelerația acesteia. Forța de inerție la cursa ascendentă este: Pda =Pdp+Pdl

unde Pdp reprezintă forța de inerție a garniturii de prăjini la cursa ascendentă. La cursa descendentă forțele de inerție sunt:

22. Care sunt metodele de dimensionare a garniturii de prăjini și care sunt condițiile de la care se pleacă în cazul

fiecărei metode?

Dimensionarea garniturii de prăjini de pompare se poate face pe baza solicitărilor statice sau pe baza solicitărilor dinamice. In cele ce urmează se va prezenta dimensionarea garniturii de prăjini ținând seama de solicitările statice. In acest caz există două metode de dimensionare și anume: - metoda eforturilor unitare maxime admisibile; - metoda eforturilor unitare egale. Metoda eforturilor unitare maxime admisibile

Principiul acestei metode constă în determinarea punctului în care efortul unitar maxim din prăjinile cu diametrul cel mai mic ales este egal cu efortul unitar admisibil al oțelului din care sunt confecționate prăjinile. Deasupra acestui punct se consideră prăjini de un diametru standardizat imediat superior, determinându-se un alt punct în aceleași condiții. Se fac în continuare aceleași operații, până când suma lungimilor tronsoanelor determinate devine mai mare decât lungimea totală. Prin această metodă de dimensionare se realizează economie de material și se reduce sarcina în prăjina lustruită, obținând-se garnitura cea mai ușoară, însă din cauza deformațiilor elastice ale garniturii se micșorează cursa reală a pistonului pompei. Pentru determinarea lungimii primului tronson de prăjini se pune condiția ca:

Metoda eforturilor unitare egale

In cazul acestei metode se consideră o garnitură de prăjini tronsonală cu un număr de tronsoane(mai mic sau cel mult egal cu trei) pentru care se consideră eforturile unitare în secțiunile superioare egale și mai mici sau cel mult egale cu rezistența admisibilă a oțelului din care sunt confecționate prăjinile. Dacă se consideră o garnitură de prăjini formată din două tronsoane se pune condiția

13

23. Pentru o garnitură de prăjini de pompare formată din trei tronsoane cum arată diagrama eforturilor unitare?

24. Cum se dimensionează garnitura de țevi de extracție?

În alegerea țevilor de extracție, în afara calcului de rezistență, se ține seama, dimensionând de la suprafață spre talpa sondei de adâncimea de depunere a parafinei și de posibilitatea de prindere a prăjinilor de pompare cu corunca, în eventualitatea în care acestea s-au rupt la puț. Astfel pentru a permite deparafinarea mecanică a țevilor de extracție se impune un diametru constant pe o adâncime de circa 1000 m. Prin urmare, lungimea tronsonului 2, lt2 este egală cu 1000m, iar lungimea tronsonului 1, l t1 este:

De asemenea, se evită schimbarea de diametru la prăjini la același nivel cu schimbarea de diametru

la țevi, deoarece mufa prăjinilor va lovi în reducția de îmbinare a țevilor ducând la uzura acestora. Distanța minimă între aceste nivele va fi de minim 10 m (tronsonul de țevi va fi mai mare decât tronsonul de prăjini cu cel puțin 10 m). Diametrele tronsoanelor de țevi se stabilesc de jos în sus ținând seama de pompa aleasă. Prin urmare, primul tronson va avea diametrul exterior egal cu cel din simbolul pompei alese. Diametrul exterior al celui de-al doilea tronson va fi imediat superior. De asemenea, se verifică dacă jocul radial dintre prăjini și țevi permite efectuarea instrumentațiilor cu corunca în caz de rupere a prăjinilor de pompare.

14

25. Care sunt forțele care acționează în garnitura de țevi?

Forțele care acționează în garnitura de țevi sunt: − greutatea proprie; − greutatea coloanei de lichid, Pl ;

− greutatea coloanelor de lichid care acționează pe suprafețele ( A t2− A t1 ) și ( A t 1 − Ap). − forța de șoc care poate apare în cazul ruperii prăjinilor: 1,1Ppb

Odată stabilite aceste forțe se pot determina eforturile unitare maxime și minime în garnitura de țevi.

în care: σt1min si σ2min reprezintă efortul unitar minim în tronsonul 1, respectiv în tronsonul 2, N/m2;

σt1max si σ2max – efortul unitar maxim în tronsonul 1, respectiv în tronsonul 2, N/m2;

lt – lungimea tronsonului, m;

qt – greutatea unitară a țevilor, N/m;

ati – aria secțiunii pline a țevilor, m2;

At –aria secțiunii interioare a țevilor, m2.

15

26. Cursa reală a pistonului Sr cum este fată de cursa de suprafață S si motivați de ce?

Cursa reală a pistonului diferă de cursa de suprafață a prăjinii lustruite, iar determinarea exactă a acesteia este dificilă deoarece intervin mai mulți factori greu de determinat precum alungirea și scurtarea prăjinilor de pompare și a țevilor de extracție în timpul unui ciclu de pompare, sub influența greutății coloanei de lichid Pl , supracursa pistonului sub efectul sarcinilor dinamice și a inerției prăjinilor, efectul vibrațiilor în prăjini, frecarea pistonului în pompă, frecarea prăjinilor în țevi, frecarea țevilor în coloană, etc. În calculele practice, cursa reală a pistonului se determină ținând seama numai de deformațiile prăjinilor și țevilor, produse de sarcinile statice și de supracursa pistonului datorită forțelor de inerție. Prin urmare, deplasarea pistonului în pompă este comandată de balansier prin intermediul garniturii de prăjini de pompare. La cursa descendentă prăjinile coboară prin lichid sub acțiunea greutății proprii, supapa fixă a pompei fiind închisă, iar supapa mobilă a pistonului deschisă, iar la începutul cursei ascendente a prăjinii lustruite, greutatea coloanei de lichid din țevile de extracție care acționa asupra supapei fixe și deci asupra garniturii de țevi de extracție, este preluată de supapa mobilă și va acționa asupra pistonului și implicit asupra garniturii de prăjini de pompare. In consecință la începutul cursei ascendente în timp ce prăjina lustruită își efectuează cursa la suprafață, pistonul rămâne nemișcat în pompă până în momentul în care se termină deformația elastică a prăjinilor de pompare și țevilor de extracție. Deci, la cursa ascendentă pistonul preia treptat de pe țevi greutatea coloanei de lichid corespunzătoare secțiunii brute a acestuia Pl . Ca urmare, țevile se scurtează cu

λt iar prăjinile se alungesc cu o valoare λp. Intre timp prăjina lustruită efectuează o deplasare egală cu (λt +λp). În tot acest interval de timp pistonul stă fix în pompă, pompa și pistonul deplasându-se simultan pe distanta λt după care pistonul începe să se deplaseze în pompă. La cursa descendentă fenomenele de mai sus se produc în sens invers, greutatea lichidului trecând treptat de pe piston pe țevile de extracție, (fig. 3.19). Ca urmare, prăjinile se scurtează cu λp, iar țevile se alungesc cu λt, după care începe să se deplaseze în jos ansamblul prăjini- piston, efectuând cursa descendentă. Dacă se notează cu S cursa prăjinii lustruite la suprafață și se ține seama de cele prezentate mai sus, atunci cursa reala a pistonului Sr, este dată de relația:

27. Ce efect au forțele de inerție asupra cursei reale a pistonului și când se manifestă ?

Creșterea cursei reale a pistonului datorită forțelor de inerție a prăjinilor va fi dată de suma valorilor absolute ale acestor două deformații corespunzătoare cursei ascendente, respectiv cursei descendente:

La cursa ascendentă forțele de inerție sunt orientate în sus, astfel că după ce capul balansierului se oprește, prăjinile împreună cu pistonul își continuă mișcarea în sus pe distanța λia. De asemenea, la cursa descendentă forțele de inerție sunt orientate în jos, ceea ce determină deplasarea în jos a prăjinilor și pistonului pe distanța λid după ce capul balansierului s-a oprit. 28. Cum se poate mări cursa reală a pistonului ?

Dacă se ancorează țevile deformația țevilor va fi nulă, λt, conducând la creșterea cursei reale a pistonului. 29. Cum se determină debitul unei instalații de pompare ?

Teoretic, debitul unei sonde în pompaj este reprezentat de produsul dintre cursa prăjinii lustruite, numărul de cd/min ale acestuia efectuate pe durata unei zile și secțiunea pistonului:

Practic însă debitul sondei este mult mai mic datorită unor factori obiectivi: alungirea garniturii de prăjini de pompare și a garniturii de țevi de extracție, jocul existent între piston și cilindrul pompei, prezenta gazelor în țițeiul extras. Din aceste cauze debitul teoretic va fi afectat de un coeficient numit randamentul total, pentru a putea găsi valoarea debitului real produs de sondă. Prin urmare, debitul real al instalației de pompare este dat de relația:

în care α reprezintă randamentul volumetric de suprafaţă:

16

30. In ce constă echilibrarea unităților de pompare si ce calcul se efectuează în cazul echilibrării pe manivelă a

UP?

Echilibrarea unităților de pompare se realizează prin montarea unor contragreutăți pe: · balansier; · manivelă; · combinat( pe manivelă și pe balansier). Dacă unitatea de pompare nu ar fi echilibrată atunci la cursa ascendentă motorul este solicitat pentru a lifta greutatea prăjinilor plus greutatea lichidului. Pe de altă parte, la cursa descendentă garnitura de prăjini coboară sub propria greutate, iar motorul trece în regim de generator. In acest caz ar fi necesar să se utilizeze motoare supradimensionate și cu un randament scăzut, iar cuplul la reductor ar avea variații foarte mari. Echilibrarea pe manivelă a unei unități de pompare presupune montarea unor contragreutăți pe manivelă care au o greutate Gm la o anumită distanță față de centrul de rotație O1.

Pentru a determina greutatea m G se scrie ecuația de momente a forțelor G și Gm față de punctul O1:

De unde rezultă Gm :

Dacă se cunoaște greutatea Gm atunci din ecuația de momente de mai sus se poate determina distanța dintre centrul de greutate al contragreutăților și centrul de rotație, R :

31. Ce reprezintă cuplul la reductor și cum arată curba de variație a cuplului la reductor pentru unități echilibrate,

respectiv neechilibrate?

Cuplul la reductor reprezintă momentul forței T în raport cu axul de rotație al reductorului.

Prin urmare, cuplul la reductor pentru unități neechilibrate este dat de relația:

Pentru unități echilibrate, cuplul la reductor este dat de relația: Din această figură rezultă că pentru unitățile neechilibrate cuplul are o variație neuniformă cu amplitudini mari, pe când în cazul unității echilibrate cuplul C* are numai valori pozitive, iar amplitudinea este mică.

17

32. Ce rol au dinamometrele și de câte feluri sunt acestea ?

Controlul funcționării sondelor în pompaj se realizează pe baza dinamogramelor înregistrate cu ajutorul dinamometrelor. Dinamometrele sunt de mai multe tipuri și anume: · dinamometre hidraulice; · dinamometre mecanice; · dinamometre electrice. 33. Ce reprezintă o dinamogramă și ce formă are ea ?

Dinamograma reprezintă o înregistrare continuă a forțelor care acționează în prăjina lustruită în funcție de cursa acesteia în timpul unui ciclu de pompare P=f(S). Aceasta este reprezentată printr-o curbă închisă, forma ei depinzând de forțele care acționează asupra prăjinii lustruite, de viteza de pompare, de adâncimea de fixare a pompei, de diametrul pistonului, etc.

18

34. Cum arată o dinamogramă care indică lipsă de nivel, respectiv blocaj cu gaze?

Dinamograma din figura 3.27 a se înregistrează atunci când la cursa ascendentă cilindrul pompei nu se umple complet

ca urmare a lipsei de nivel. Dacă se oprește instalația de pompare o perioadă de timp și se înregistrează o nouă dinamogramă după repornirea acesteia, din cauza creșterii nivelului de lichid din coloana sondei, segmentul C’D’ se deplasează spre dreapta (segmentul C”D”). Porțiunea CC’ reprezintă frecările dintre piston și cilindrul pompei, prăjini- țevi. In figura 3.27 b se reprezintă dinamograma unei sonde care produce cu gaze. Diferența dintre aceasta și cea care indică lipsa de nivel constă în faptul că linia de descărcare a sarcinii CD’ este curbă și corespunde comprimării gazelor sub piston. De asemenea, in figura 3.27 c se prezintă o dinamogramă înregistrată la o sondă a cărei pompă este blocată cu gaze. 35. Cum arată o dinamogramă care indică ruperea prăjinilor, respectiv pierderi de lichid prin supapa neetanșă de

refulare?

Dinamograma din figura 3.27 n indică ruperea garniturii de prăjini, sarcinile în prăjina lustruită variind numai în funcție

de frecarea prăjinilor de pompare și a scraperelor de țevile de extracție. Dinamograma din figura 3.27 f indică pierderi de lichid prin supapa de refulare.

Deoarece pierderile printr-o supapă neetanșă sunt de regulă mai mari decât cele rezultate din scurgerile prin spațiul dintre piston și cămăși, curba de variație a sarcinii la începutul cursei ascendente este concavă. Concavitatea este proporțională cu gradul de neetanșeitate a supapei de refulare. 36. Care sunt părțile principale ale sistemului de echometrie?

Părțile componente ale acestui sistem sunt: • un microcalculator portabil, • aparatura de colectare integrată a datelor, care permite urmărirea vizuală în timp a comportării sondei în pompaj, • ansamblul de la capul sondei, care permite acționarea de la distanță a puștii de gaze, • cabluri de legătură, • o baterie de 12 V și un mic rezervor ca sursă de gaze pentru alimentarea puștii (dacă presiunea în coloană este mai mică de 6,9 bar ).

19

37. Care este principiul de funcționare a echometrului?

Principiul de funcționare se bazează pe generarea unei unde sonore (impuls acustic), care se propagă prin spațiul inelar și înregistrarea reflexiilor acestei unde de la mufele țevilor de extracție, de la diferitele obstacole și de la nivelul lichidului. Impulsul acustic este generat fie prin descărcarea gazelor la presiune ridicată (impuls pozitiv) din camera de volum (pușca) în spațiul inelar, fie evacuând un volum mic de gaze (impuls negativ) din spațiul inelar în camera de volum sau în atmosferă. Amplitudinea și durata impulsului sunt determinate de supapa de gaze cu deschidere rapidă, acționată de solenoid, iar ecourile din spațiul inelar sunt recepționate de către microfonul piezoelectric de mare sensibilitate. Dacă presiunea în coloană este mai mică de 6,90 bar se utilizează sursa de gaze exterioară pentru a încărca camera de volum. Astfel, în acest caz pentru generarea undelor de presiune pozitive se încarcă camera de volum cu bioxid de carbon sau cu azot, la o presiune mai mare decât presiunea în coloană. Această presiune acționează printr-un orificiu cu diametru mic la partea superioară a supapei de gaze și printr-un orificiu cu diametru mare pe pragul de la partea inferioară a acesteia (fig. 3.31). Forța de presiune împreună cu forța dată de arcul supapei menține supapa de gaze închisă. Atunci când este acționat solenoidul, acesta permite scurgerea presiunii de la partea superioară a supapei de gaze în atmosferă. Presiunea din camera de volum, care acționează pe pragul de la partea inferioară a supapei de gaze, provoacă deschiderea rapidă a acesteia, generând astfel impulsul de gaze în spațiul inelar. Capacitatea camerei de volum se alege în funcție de geometria și de condițiile sondei. Comunicația între sursa de gaze și camera de volum se realizează printr-un orificiu cu diametru mic, care limitează curgerea până la un debit foarte mic, ceea ce permite refacerea automată a presiunii în cameră după fiecare împușcătură. Combinația între presiunea și volumul camerei determină mărimea energiei care se descarcă în spațiul inelar. Valoarea energiei trebuie să fie suficient de mare pentru a genera o reflexie de la nivelul de lichid care să aibă o amplitudine cel puțin de 10 ori mai mare decât zgomotul de fond. Dacă presiunea în coloană este mai mare de 6,9 bar se folosește metoda imploziei. În acest caz, pentru generarea undelor de presiune negative se schimbă între ele poziția camerei de volum și legătura la coloană. Acționând asupra solenoidului, acesta permite expandarea gazelor din coloană în camera de volum sau direct în atmosferă, generând astfel un impuls (rarefiat), care se propagă în jos prin gazele din spațiul inelar. Și în cazul metodei prin implozie sunt valabile considerațiile prezentate mai sus în ceea ce privește nivelul de energie și raportul semnal/zgomot. Camera de volum (pașca de gaze) este acționată de calculator, întreaga operațiune fiind dirijată de un program. Undele de presiune reflectate de mufe, lichid și diferitele obstacole sunt transformate de microfon în semnale electrice, digitalizate de către convertorul analog-digital și prelucrate de calculator. Nivelul lichidului din sondă reflectă cea mai mare parte din unda de presiune care este înregistrată ca unda cu amplitudinea cea mai mare. Prin prelucrarea semnalelor se determină în mod automat distanța până la nivelul de lichid și presiunea dinamică de fund. Pentru determinarea presiunii dinamice de fund trebuie cunoscută presiunea în coloană la suprafaţă. Aparatul permite măsurarea și înregistrarea automată a presiunii la coloană și a nivelului de lichid din sondă la intervale de timp date. Calculatorul este programat de către operator să obțină date în puncte. Fiecare punct indică timpul, distanța până la nivelul de lichid și presiunea la coloană. Aceste date în puncte pot fi obținute fie pe bază de împușcături pe oră, fie împușcături pe ciclu logaritmic (funcție de cum programează operatorul). Dacă sonda produce gaze prin spațiul inelar, se închide ventilul de la coloană pentru a determina ritmul de creștere a presiunii în coloană (variația presiunii în timp). Ritmul de creștere a presiunii dp/dt este determinat automat de către aparat. Înregistrarea presiunii la coloană începe odată cu generarea impulsului acustic și se face din 10 în 10 secunde, până la intervenția operatorului. Practic pentru determinarea lui dp/dt se efectuează măsurători timp de aproximativ 5 minute. Cunoscând aceste date, precum și distanța până la nivelul de lichid, se calculează debitul de curgere a gazelor prin spațiul inelar, care permite determinarea gradientului de presiune al coloanei de lichid gazeificat. Făcând apel la depozitul de date (care cuprinde: adâncimea sondei, adâncimea de fixare a pompei, lungimea medie a unei bucăți de țeavă de extracție, proprietățile fluidelor de zăcământ, temperatura de zăcământ, datele obținute din cercetarea sondei, etc.), calculatorul determină presiunea de fund. De asemenea, acesta calculează și afișează debitul maxim al sondei, debitul de curgere a gazelor prin spațiul inelar, greutatea specifică a gazelor din spațiul inelar, etc. Închiderea sondei permite înregistrarea datelor de creștere a presiunii, care apoi sunt prelucrate și interpretate în funcție de parametrii de zăcământ. De asemenea, există posibilitatea cercetării sondei pe baza datelor de scădere a presiunii (testelor de scădere a nivelului) prin pornirea pompei după închiderea sondei pentru stabilizare. Din analiza afluxului de fluide din strat și prelucrarea datelor obținute din testele de refacere sau de scădere a presiunii se obțin o serie de parametrii cum ar fi: capacitatea de curgere, permeabilitatea efectivă, factorul skin, indicele de productivitate, presiunea de zăcământ, rația de productivitate, randamentul pompei, etc., necesari pentru optimizarea procesului de extracție.

20

Programul include de asemenea și curbe tip (etalon) necesare pentru interpretarea cantitativă a datelor de cercetare neconcludente. Acest lucru este necesar atunci când timpul de cercetare este mic și datele de cercetare nu se înscriu pe o dreaptă într-o reprezentare semilogaritmică. Calculatorul pe de o parte înregistrează și prelucrează datele, iar pe de altă parte furnizează chiar în timpul măsurătorilor o prezentare grafică și tabelară a datelor prelucrate pe măsură ce acestea sunt obținute. Această prezentare instantanee a informațiilor dă posibilitatea luării unor decizii imediate în ceea ce privește măsurile care se impun. 38. Cum se determină distanța până la nivelul de lichid?

Distanța până la nivelul de lichid se determină numărând mufele de la suprafaţă până la reflexia lichidului și înmulțind cu lungimea medie a unei țevi de extracție. Când sunt înregistrate și diferite obstacole sau variații ale secțiunii transversale a spațiului inelar (ancore de țevi, spărturi în coloană, perforaturi la interval superioare, variații ale diametrului țevilor de extracție sau coloanei, etc.), iar distanța până la acestea este cunoscută, ea poate fi folosită ca adâncime de referință pentru determinarea adâncimii nivelului de lichid. De asemenea, distanța până la nivelul de lichid mai poate fi determinată ținând seama de timpul necesar parcurgerii distanței din diagrama acustică și de viteza acustică. 39. Care sunt rezultatele obținute în urma prelucrării datelor înregistrate prin ecometrie?

În orice moment în timpul măsurătorilor sau după terminarea acestora se poate obține o prezentare grafică sau tabelară a datelor înregistrate și a rezultatelor obținute în urma prelucrării acestor date. Acestea sunt: - presiunea în coloană la suprafață în funcție de timp; - presiunea de fund în funcție de timp; - nivelul de lichid în funcție de timp; - temperatura în funcție de timp; - rezultatele analizei curbei de restabilire a presiunii de fund prin metoda Horner și metoda Miller, Dyes și Hutchinson; - rezultatele analizei datelor de presiune cu ajutorul curbelor etalon (analiza log-log); - date despre curgerea lichidului și gazelor în funcție de timp. 40. Când se aplică pompajul intermitent si prin ce se caracterizează acesta?

Un pompaj intermitent sau periodic este pompajul în care pompa funcționează discontinuu și urmează un anumit ciclu repetabil în timp. Problema de bază a pompajului periodic este alegerea perioadei ciclului, respectiv a timpului de funcționare a pompajului încât să se obțină un regim de pompaj optim. 41. Cum se determină numărul de cicluri și debitul unei instalații de pompaj intermitent?

Un ciclu T cuprinde o perioadă de acumulare și o perioadă de funcționare.

Numărul de cicluri în 24 ore:

Debitul produs de o sondă într-o zi:

42. Care sunt avantajele si dezavantajele pompajului elicoidal?

Utilizarea pompelor elicoidale în extracția țițeiului prezintă următoarele avantaje: 1. necesită investiții mici; 2. sunt economice la instalare. Datorită compactității instalației costurile de instalare sunt reduse, se elimină

fundația necesară unităților de pompare cu balansier, asamblarea instalației făcându-se direct pe flanșa capului de pompare;

3. instalarea este mai rapidă și mult mai convenabilă decât la unitățile de pompare cu balansier; 4. siguranță în funcționare. Prin construcția sa, instalația are toate părțile în mișcare protejate, neexistând pericolul

accidentărilor;

21

5. randamentul mare. Construcția simplă a pompei elicoidale produce o frecare mică în cuplul rotor – stator, ducând la un randament mecanic ridicat. Un cuplu rotor – stator corect ales conduce la un „slipaj” mic al lichidului, respectiv la un randament volumic mare;

6. pompele elicoidale necesită energie numai pentru ridicarea (liftare) fluidului, nu și a prăjinilor de pompare; 7. durata mare de funcționare. Sistemul de pompare și construcția instalației asigură o durată mare de funcționare,

ajungându-se la o durată de funcționare continuă de doi – trei ani; 8. nu există pericolul blocării cu gaze. Nu au supape care să se blocheze cu gaze; 9. deoarece nu se blochează cu gaze, pompele elicoidale sunt ideale pentru eliminarea apei din sondele de extracție

a gazelor naturale; 10. întreținerea simplă. Întreținerea instalației în exploatare este simplă, nefiind necesare procedee complicate sau

scule și dispozitive speciale; 11. perioadă mare de timp între intervenții; 12. funcționare fără zgomot. Datorită faptului că pompa debitează continuu, sarcina în instalația de suprafață este

constantă și prin construcția sa, cu reductor conic, nivelul de zgomot este redus; 13. sunt eliminate ruperile prăjinilor de pompare cauzate de greutatea lichidului; 14. tipul de elastomer din care este confecționat statorul poate fi ales la cerere, astfel încât aceasta să fie compatibil

cu fluidele produse de sondă; 15. debitul de acționare facilitează schimbarea vitezei de rotație în funcție de variația debitului produs de sondă

(astfel viteza de rotație poate fi aleasă de așa natură, încât debitul pompei să fie egal cu debitul maxim pe care poate să-l producă stratul și care corespunde corelației de funcționare strat – pompă);

16. pot fi folosite pentru irigații; 17. sunt capabile să pompeze țiței cu procente mari de apă și gaze; 18. reduc emulsionarea fluidelor; 19. nu sunt sensibile la solidele existente în fluidele vehiculate; 20. sensibilitate mică la coroziune; 21. debitează continuu și constant, evitând astfel pulsațiile în curgere. Datorită acestui fapt se reduce posibilitatea

depunerii parafinei și a solidelor; 22. vehiculează fluidele cu vâscozități ridicate; 23. cheltuieli mici pentru întreținere; 24. consum redus de energie electrică; 25. uzura mai mică a prăjinilor de pompare și a țevilor de extracție. Prăjinile de extracție sunt supuse la o solicitare

constantă, în comparație cu pompajul clasic, unde sunt supuse la solicitări variabile; 26. pot fi utilizate cu succes la sondele care produc cu debite mici în locul pompajului intermitent. Se asigură astfel

o funcționare continuă a sondei și un debit mai mare în cazul pompajului intermitent; 27. sunt ideale pentru exploatările din zonele urbane, echipamentul de suprafață având dimensiuni mult mai reduse

decât cel utilizat în pompajul clasic. Pe lângă avantajele prezentate mai sus, pompele elicoidale prezintă și câteva dezavantaje cum ar fi:

1. analiza și controlul funcționării pompei pot fi făcute numai pe baza datelor de producție și a nivelului de lichid din spațiul inelar (dinamometrele și diagramele de pompare nu pot fi utilizate);

2. trebuie evitată oprirea când vâscozitatea fluidului este mare și aceasta conține un procent mare de nisip; 3. prăjinile de pompare sunt solicitate atât la tracțiune cât și la torsiune.

43. Din ce elemente se compune echipamentul de suprafață în cazul pompajului elicoidal și ce rol au ?

Echipamentul de suprafață cuprinde sistemul de acționare al prăjinilor de pompare, respectiv al rotorului pompei, cuplajul dintre sistemul de acționare și capul de antrenare, capul de antrenare și sistemul de susținere al întregului echipament de fund. Sistemul de acționare asigură mișcarea de rotație a prăjinilor de pompare respectiv a rotorului pompei elicoidale. Capul de antrenare are rolul de :

· transmitere a mișcării de rotație de la sistemul de antrenare la prăjinile de pompare, respectiv la rotorul pompei, prin intermediul prăjinii lustruite;

· preluare a forței axiale de la prăjinile de pompare (forță dată de greutatea prăjinilor, greutatea lichidului și greutatea rotorului). Prăjina lustruită face legătura între arborele de ieșire al reductorului și garnitura de prăjini de pompare, trecând prin cutia de etanșare. De asemenea, permite manevrarea pe verticală a echipamentului de fund. 44. Din ce elemente se compune echipamentul de adâncime în cazul pompajului elicoidal și ce rol au?

22

Pompa elicoidală este cunoscută în literatura de specialitate sub diferite denumiri ca: Moineau, Moyno, cu șurub, cu cavități progresive sau econolift. Elementele principale ale pompei sunt rotorul și statorul. Rotorul este confecționat din materiale rezistente la coroziune, cum ar fi oțelul înalt aliat cromat, sau oțel inoxidabil pentru a avea o bună comportare în cazul vehiculării unor fluide abrazive. Pe întreaga lungime a rotorului sunt practicate canale elicoidale (“filet” exterior cu unul sau mai multe începuturi). Când este practicat un singur canal elicoidal, rotorul este o elice simplă (suprafața exterioară a rotorului este o suprafață elicoidală simplă) cu secțiunea transversală circulară și are un singur început. Atunci când sunt practicate două canale elicoidale rotorul este o elice dublă (aria exterioară a rotorului este o suprafață elicoidală dublă) cu secțiunea transversală formată din doi lobi și are două începuturi. Lungimea rotorului este mai mare decât cea a statorului și poate ajunge până la 6 m. Rotorul se introduce și se fixează în stator cu ajutorul prăjinilor de pompare. Statorul este confecționat din cauciuc nitrilic sau dintr-un elastomer rezistent la abraziune și coroziune, turnat în interiorul unei țevi de oțel cu perete gros. Țeava de oțel poate fi tratată prin nitrurare atunci când condițiile din sondă impun acest lucru. Elastomerul cu care este căptușit statorul este format de regulă dintr-o singură bucată. În interior, pe întreaga lungime a statorului sunt practicate canale elicoidale (“filet” interior cu două sau mai multe începuturi). Deci, condiția obligatorie este ca statorul să aibă un canal în plus față de rotor. La partea inferioară statorul este prevăzut cu un opritor care are rolul de a poziționa rotorul în stator și de a nu permite căderea rotorului sub pompa în cazul unei defecțiuni. De asemenea, cu ajutorul lui se stabilește fereastra pompei. Statorul se introduce în sondă cu țevile de extracție. 45. Care este principiul de funcționare al unei pompe elicoidale?

Datorită configurației geometrice a elementelor pompei, principiul de funcționare al pompei este relativ simplu. Astfel, când rotorul este introdus în interiorul statorului, în pompă se formează o serie de cavități identice, separate și etanșe. Atunci când rotorul se rotește în interiorul statorului, aceste cavități se deplasează de la partea inferioară spre partea superioară a pompei (de la aspirație la refulare), transportând fluidul produs de strat prin pompă și de aici mai departe în sus prin țevi, realizând astfel acțiunea de pompare. Lungimea minimă necesară unei pompe pentru ca aceasta să realizeze acțiunea de pompare este egală cu lungimea unui pas. În acest caz, pompa este cu un singur etaj (treaptă), fiecare pas suplimentar constituind un nou etaj. O rotație completă a rotorului creează două cavități cu fluid. Când o cavitație se deschide, simultan cavitatea opusă se închide. Aria secțiunii transversale a acestor două cavități alăturate este dată de relația: A=4de în care d – diametrul rotorului, e – excentricitatea sau distanța dintre axa rotorului și axa statorului, respectiv distanța dintre axa rotorului și centrul secțiunii circulare din pompă. În figura este prezentată aria de curgere în funcție de poziția rotorului într-o secțiune a pompei. Se observă și din figură că aria de curgere este constantă, de aici rezultând o curgere nepulsatorie, debitul fiind constant.

Pentru a crea presiune de ridicare, trebuie să existe o presiune diferențială între cavitățile succesive. Pentru a realiza acest lucru este necesară o etanșare cu strângere între rotor și stator. Aceasta este obținută prin executarea diametrului rotorului puțin mai mare decât diametrul minim al statorului. Presiunea diferențială se însumează de la o cavitate la alta, astfel încât înălțimea de pompare este proporțională cu numărul de cavități, respectiv cu numărul de etaje. 46. Care sunt factorii care limitează performanțele pompei?

Factorii care limitează performanțele pompei sunt: 1. efortul maxim admisibil din prăjini, care limitează puterea transmisă la rotor; 2. lungimea maximă a pompei din motive de execuție, atât pentru rotor, cât și pentru stator (până la 6 m); 3. turația maximă este limitată, datorită solicitărilor care apar în prăjinile de pompare (maxim 500 rot/min); 4. calitatea elastomerului din care este confecționat statorul pompei.

47. Care sunt solicitările prăjinilor de pompare în cazul pompajului elicoidal?

23

Principalele solicitări ale garniturii de prăjini de pompare sunt: solicitarea la tracțiune și solicitarea la torsiune (pentru transmiterea momentului de torsiune necesar rotirii rotorului). Solicitarea la tracțiune are loc sub acțiunea greutății proprii a garniturii de prăjini de pompare scufundată în lichid și a greutății coloanei de lichid din țevile de extracție. Efortul unitar de tracțiune are valoare maximă la partea superioară a garniturii de prăjini de pompare și este dat de relația:

Solicitarea la torsiune. Transmisia momentului de torsiune necesar rotirii rotorului conduce la dezvoltarea tensiunilor tangențiale pe toată lungimea garniturii de prăjini de pompare. Valoarea medie a momentului de torsiune se determină cu relația:

Cele două solicitări, la tracțiune și la torsiune, dau naștere la o solicitare compusă. Pentru determinarea efortului unitar echivalent solicitării compuse σech, se adoptă una din teoriile de rezistență: Conform teoriei I de rezistență:

iar conform teoriei II de rezistență:

Relațiile de mai sus reprezintă condiția de verificare a rezistenței garniturii de prăjini de pompare. Se pune condiția : σech≤σa în care: σa este efortul unitar admisibil σa = σc / cs iar cs coeficientul de siguranță (cs = 1,5...1,9). 48. Ce rol are ancora anti rotativă din componența echipamentului de fund al unei sonde în pompaj elicoidal?

Ancora are rolul de a limita torsionarea țevilor de extracție, evită auto deșurubarea pompei și/sau a garniturii de țevi de extracție în momentul opririi pompei datorită momentului reactiv. Ancora contribuie la centrarea și fixarea popei și/sau a porțiunii inferioară a garniturii de țevi de extracție în coloana de exploatare a sondei.