1. Definição e princípio da bomba tubular API:
Bomba de tubo API: O cilindro da bomba é fixado na extremidade inferior da tubulação, e a haste de sucção aciona o êmbolo para frente e para trás para realizar a sucção e a descarga. Em comparação com as bombas de inserção (nas quais o cilindro da bomba e o êmbolo podem ser puxados e retraídos como uma única unidade), as bombas de tubo API têm cilindros mais espessos, são mais resistentes à pressão e ao desgaste. No entanto, isso tem o custo de exigir que a tubulação seja puxada para manutenção, tornando-as menos acessíveis.
Diferenças entre bombas tubulares API e bombas de haste de bombeamento tradicionais:
Posição estrutural: O cilindro da bomba é fixado à tubulação (bomba de tubulação API) enquanto o cilindro da bomba é puxado e retraído com a haste (bomba de inserção).
Capacidade de pressão e rigidez:Bombas de tubulação APIoferecem maior resistência à pressão e são mais estáveis em poços profundos e de alta pressão.
Estratégia de Manutenção:Bombas de tubulação APItêm custos de manutenção relativamente mais altos, mas ciclos de manutenção mais longos.
2. Mecanismos de "Choque Líquido" e "Interferência de Gás":
Choque líquido: fluxo alternado de gás-líquido/vapor entra na câmara da bomba. Os efeitos combinados da abertura e fechamento instantâneos da válvula e da inércia do fluido criam picos de pressão que impactam os componentes da válvula e as superfícies de contato do êmbolo com o cilindro, causando desgaste prematuro, falhas e tempo de inatividade.
Interferência de gás/bloqueio de gás: GLR alto na entrada da bomba causa aeração na câmara da bomba, levando à compressão em vez de deslocamento, resultando em um curso sem líquido e uma diminuição significativa na eficiência da bomba.
Impacto sobreBombas de tubos API:Em poços profundos, altas pressões e aplicações de alto GLR, a falha em lidar com o choque de gás/líquido pode facilmente levar a choque de válvula, tensão no êmbolo, flutuações de eficiência e frequentes desligamentos da bomba.
3. Princípio de operação e projeto de bombas tubulares API:
Cilindro de parede espessa + folgas precisas: mantém a concentricidade e a vedação sob alta pressão, reduzindo vazamentos.
Instalação fixa: O cilindro não alterna com a haste, resultando em alta rigidez estrutural e maior resistência ao desgaste irregular. Combinação do coletor de válvulas: As características de abertura e fechamento, os materiais e os componentes elásticos das válvulas de estação/deslocamento são adaptados ao ambiente de impacto.
Estrutura de buffer opcional: em condições de alta sobretensão, uma câmara de buffer ou elemento de estrangulamento pode ser adicionado para reduzir gradientes de pressão.
Material e superfície: materiais resistentes à corrosão (H₂S/CO₂), ao desgaste (contendo areia) e à temperatura (poço de alta temperatura) — combinados com tratamentos de superfície (como têmpera/revestimento) para prolongar a vida útil.
4. Cálculo de seleção de bomba de tubulação API:
Objetivo: Dado Q_target (produção alvo), combine o diâmetro da bomba D, o curso S, a taxa de curso SPM e a eficiência volumétrica η_vol.
Fórmula de estimativa de deslocamento e produção (Imperial)
Deslocamento por curso (bbl/str):
V_str = (π · D² / 4) · (S / (231 × 42))
Onde D e S estão em polegadas; 231 in³ = 1 gal, 42 gal = 1 bbl
Produção diária (bpd):
Q ≈ V_str · SPM · 1440 · η_vol
Eficiência volumétrica ηvol:
Alto GLR: ηvol↓, exigindo a adição de uma âncora de ar/separador de gás ou modificação da estratégia da válvula.
Alta viscosidade/alto teor de areia: aumento da histerese e vazamento da válvula, ηvol↓.
Desgaste excêntrico/má concentricidade: O aumento da folga leva a vazamentos, ηvol↓.
Pontos principais para selecionar o diâmetro de uma bomba de tubo API:
Priorizando a produção: Bomba de pequeno diâmetro + curso alto/curso longo vs. bomba de grande diâmetro + curso baixo. É necessária uma comparação abrangente da carga da haste, desgaste e consumo de energia. Ajuste da tubulação: Combine o diâmetro interno/externo da tubulação com o diâmetro externo da bomba, levando em consideração o processo de elevação/abaixamento e o espaço disponível para a estrutura de controle de areia.
Dinâmica: A frequência do curso e o curso afetam a ressonância da coluna da biela e a vida útil em fadiga. Recomenda-se otimizar a frequência do curso em conjunto com um inversor de frequência (VFD).
5. Limites operacionais e modos de falha comuns de bombas de tubos API:
Impacto de válvula/surto de líquido: caracterizado por erosão da sede da válvula, danos à placa da válvula e picos/distorção no diagrama de potência.
Bloqueio de gás/enchimento insuficiente: enchimento baixo da bomba, resultando em um diagrama de potência "slender" e flutuações significativas na produção.
Desgaste e tensão excêntrica: desvio do poço, desgaste excêntrico e partículas de areia causam arranhões longitudinais no êmbolo/cilindro da bomba, aumentando o vazamento.
Aderência de areia: a areia bloqueia a porta da válvula ou a folga da conexão, causando aderência/falha intermitente da bomba.
Corrosão e fissuração por estresse: H₂S/CO₂ + íons cloreto + ambientes de alto estresse exigem materiais coordenados e estratégias anticorrosivas.
Contramedidas estruturais/materiais da bomba de tubulação API:
Conteúdo de areia: Válvulas de revestimento rígido, amortecedores de estrangulamento, regulagem racional do fluxo de entrada e telas de controle de areia/pacotes de cascalho.
Corrosão: Ligas/revestimentos resistentes à corrosão e inibidores de corrosão; as vedações devem ser feitas de materiais resistentes ao calor e a ácidos.
Desgaste excêntrico: centralizadores/redutores de atrito, guias melhoradas e frequência de curso otimizada para reduzir cargas laterais na coluna da vara.
6. Integração de bombas de tubos API com soluções de prevenção de choque de gás/líquido "":
Antigás: Âncoras de gás/separadores de gás no fundo do poço, êmbolos de dois estágios/projeto de sincronização de válvula específico e relações otimizadas de diâmetro do êmbolo superior/inferior.
Objetivo: Aumentar o enchimento da bomba e suprimir o bloqueio de gás.
Anti-choque líquido: câmaras de amortecimento/estrangulamento, elasticidade otimizada da válvula, qualidade do êmbolo e relações de folga, e gradientes de pressão de controle.
Objetivo: Reduzir choques transitórios e prolongar a vida útil dos componentes da válvula e das superfícies de contato. Em bombas de tubo API, duas tecnologias podem ser integradas em paralelo: primeiro, estabilizando o fluxo de gás e, em seguida, reduzindo o choque, melhorando significativamente a eficiência e a vida útil da bomba.
7. Monitoramento e diagnóstico no local de bombas de tubulação API:
Diagramas do dinamômetro: determine o enchimento da bomba, vazamento da válvula, picos de líquido e janelas de carga da coluna de hastes.
Registro de nível de líquido/parâmetros de cabeça de poço: estime a pressão de entrada da bomba e as alterações de GLR, corrigindo dinamicamente a taxa de curso e a utilização do curso.
Otimização do consumo de energia e da taxa de curso: a estratégia de compartilhamento de tempo de curso e VFD evita zonas de ressonância e reduz a fadiga da coluna da haste.
Árvore de falhas e rotação de peças de reposição: desenvolva falhas comuns (válvulas, encaixe, corrosão, obstrução de areia) em um SOP de padrão-sintoma-ação.
8. Comparação quantitativa de bombas tubulares API com outras tecnologias de elevação artificial:
Comparação com bombas de inserção: As bombas de tubo API se destacam pela resistência à pressão e estabilidade; as bombas de tubo API oferecem fácil manutenção e minimizam o tempo de parada do poço. Comparadas às bombas submersíveis elétricas (ESPs): as ESPs são adequadas para taxas de produção ultra-altas e altos volumes de líquido, mas os custos de manutenção com cabos, conversores de frequência e motores são altos. As bombas de tubo API são mais econômicas para poços profundos de média produção.
Em comparação com as PCPs (Bombas de Cavidade Progressiva): as PCPs são mais estáveis em condições de alta viscosidade e alta concentração de sólidos, mas são sensíveis aos materiais elásticos do estator e à temperatura. As bombas tubulares API oferecem vantagens em compatibilidade com alta pressão/alta temperatura e vida útil da vedação metálica.
9. Perguntas frequentes:
Q1: Como escolher umBomba de tubo APIvs. uma bomba de inserção?
R: Bombas tubulares API são preferíveis para poços profundos, altas pressões e grandes diferenças de altura manométrica. Se o local do poço prioriza manutenção rápida e redução de tempo de inatividade, as bombas de inserção são mais indicadas. Priorize as estratégias de produção e manutenção desejadas e, em seguida, avalie os materiais e as cargas dinâmicas.
Q2: O que deve ser feito se um GLR alto resultar em baixa eficiência da bomba?
R: Instale uma âncora de ar/separador de gás na entrada da bomba. Se necessário, utilize um projeto de sincronização de válvula específica/êmbolo de dois estágios, combinado com otimização do curso e monitoramento do nível de líquido, para melhorar a taxa de enchimento e o ηvol.
Q3: Como lidar com o golpe de aríete frequente? R: Introduzir amortecimento/estrangulamento e otimizar a elasticidade no coletor de válvulas e no corpo da bomba para reduzir picos de pressão; simultaneamente, suprimir o golpe de aríete por meio de tecnologia de processo (estrangulamento, estabilizadores de fluxo e frequência de bombeamento razoável).
Q4: As bombas tubulares API podem ser usadas em poços carregados de areia?
R: Sim, mas são necessárias estratégias de controle de areia e resistência ao desgaste: telas de entrada/retificadores, componentes de válvulas com revestimento rígido, folgas e tratamentos de superfície otimizados e ciclos mais curtos de revisão de válvulas.
Q5: Existe um método rápido para calcular a produção?
Use Q ≈ (π·D² / 4) · (S / (231×42)) · SPM · 1440 · ηvol para estimativa; ηvol requer correção dinâmica com base em diagramas de potência/testes de nível de líquido.