Hầu hết các hư hỏng của dây thanh mút không phải do vượt quá định mức tải trọng tĩnh; chúng là những vết nứt do mỏi tích tụ qua hàng triệu chu kỳ bơm, thường bắt đầu từ chân ren hoặc khiếm khuyết bề mặt mà mắt thường không nhìn thấy được. Dây thanh hoạt động như một cột đàn hồi dài dưới tải trọng đảo chiều liên tục và hoạt động của nó tại máy bơm có thể khác biệt đáng kể so với những gì thiết bị bề mặt thể hiện, đặc biệt là trong các giếng có độ sâu bơm vượt quá 10.000 feet. Hiểu được hành vi năng động đó, thay vì chỉ đơn giản là chọn cấp độ mạnh hơn, là điều giúp phân biệt các đường chạy dài với các đường chia cắt lặp đi lặp lại. Bơm thanh vẫn là phương pháp nâng nhân tạo chiếm ưu thế ở các mỏ đã phát triển trên bờ, cung cấp năng lượng cho một phần lớn các giếng sản xuất trên thế giới, do đó, động lực học dây ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế nâng ở quy mô toàn cầu. Chi tiêu cho thang máy nhân tạo toàn cầu, trị giá gần 7 tỷ USD mỗi năm, đang mở rộng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm khoảng 5%, khiến kinh tế bơm cần trở thành trung tâm của-quy hoạch phát triển lĩnh vực trưởng thành.
Mô hình phương trình sóng của hành vi của dây thanh
Phân tích chuỗi thanh ngày nay bắt đầu bằng phương trình sóng một chiều- mô tả dao động dọc trục dọc theo thanh, liên quan đến chuyển vị ở độ sâu bất kỳ với chuyển động bề mặt và tải trọng phân bố của trọng lượng thanh, ma sát chất lỏng và lực cản của bơm. Việc giải phương trình này sẽ cho ra tải trọng và ứng suất ở mọi khớp nối, không chỉ ở thanh được đánh bóng, cho thấy lực nén gần máy bơm có thể làm biến dạng các thanh nhẹ ngay cả khi tải trọng bề mặt trông có vẻ ổn. Kết quả đầu ra của mô hình được so sánh với các phép đo lực kế để hiệu chỉnh hệ số giảm chấn cho đặc tính sai lệch và chất lỏng của từng giếng, biến phân tích chung thành phân tích giếng-cụ thể. Mô hình tương tự dự đoán tác động của những thay đổi về chiều dài hành trình và tốc độ trước khi chúng được thực hiện trên thực địa.
Chẩn đoán lực kế và xác minh tải
Máy đo lực kế bề mặt ghi lại tải trọng của thanh được đánh bóng so với vị trí cho mỗi hành trình, cung cấp dữ liệu thực tế về mặt đất giúp xác thực mô hình phương trình sóng. Hình dạng thẻ đặc trưng xác định-tắt máy bơm, cản trở khí và rò rỉ van di chuyển trước khi chúng bị hỏng. Thẻ downhole, được tính toán bằng cách truyền thẻ bề mặt đến độ sâu của máy bơm, hiển thị tải thực tế tại máy bơm; so sánh các giá trị được tính toán và đo lường, báo cáo van bị kẹt, dây bị đứt và ma sát quá mức trong một lần chạy. Các cuộc khảo sát thường xuyên sau khi lắp đặt xác nhận rằng tải trọng đỉnh vẫn nằm trong phạm vi thiết kế khi áp suất hồ chứa giảm và dữ liệu xu hướng nêu bật các điều kiện xấu đi đủ sớm để có kế hoạch can thiệp.
Thiết kế dây côn và tránh cộng hưởng
Các dây có hình côn, với các thanh có đường kính-lớn hơn ở bề mặt và kích thước nhỏ dần về phía máy bơm, sao cho mọi khớp nối đều hoạt động trong một phạm vi ứng suất tương tự thay vì làm quá tải phần trên và phần dưới-sử dụng phần dưới. Lựa chọn độ côn giúp cân bằng trọng lượng của thanh với khả năng của bộ phận bơm, vì dây nặng hơn sẽ tiêu tốn nhiều hành trình và khả năng chịu tải của thiết bị hơn. Việc lựa chọn tốc độ bơm cũng có một hạn chế động: vận hành gần tần số tự nhiên của dây sẽ khuếch đại dao động của tải và có thể tăng ứng suất hiệu dụng lên hơn 50% khi cộng hưởng, do đó tốc độ được thiết lập để giữ cho tần số bơm không nằm trong các chế độ rung quan trọng. Các công cụ thiết kế dựa trên máy tính-tối ưu hóa lịch trình giảm dần dựa trên dữ liệu giếng được đo thay vì bảng quy tắc-ngón tay cái.
Tải trọng cực đại của thanh đánh bóng thường được giữ dưới 90 phần trăm công suất định mức của thanh theo hướng dẫn API RP 11BR.
Tốc độ hành trình từ 6 đến 10 hành trình mỗi phút là phổ biến ở các giếng sâu để giữ tần số bơm dưới chế độ tự nhiên đầu tiên.
Giám sát độ mỏi do ăn mòn và dây thanh hút
Trong chất lỏng ăn mòn, tuổi thọ mỏi giảm xuống thấp hơn nhiều so với giá trị được dự đoán bằng thử nghiệm không khí. Hydro sunfua thúc đẩy quá trình nứt do ứng suất sunfua, trong khi carbon dioxide và clorua tạo ra các vết rỗ biến các vết bề mặt lành tính thành tác nhân gây ra vết nứt. Các cấp độ mang niken-và xử lý bề mặt giúp kéo dài tuổi thọ trong môi trường làm việc chua, nhưng việc giám sát cũng quan trọng không kém: khảo sát lực kế định kỳ, kiểm tra các thanh kéo để phát hiện vết rỗ và vết xước cũng như theo dõi thời gian vận hành cho phép người vận hành phát hiện xu hướng xấu đi trước khi việc chia tay buộc phải thực hiện công việc đánh cá tốn kém. Các chương trình kiểm tra thanh thường bao gồm kiểm tra hạt từ tính hoặc siêu âm để phát hiện các khiếm khuyết dưới bề mặt mà việc kiểm tra bằng mắt thường bỏ sót.
Dây thanh hút là bộ phận chịu tải mỏi-cao nhất trong chùm-được bơm và tuổi thọ của nó bị chi phối nhiều bởi động lực học cũng như luyện kim. Phân tích phương trình sóng, xác minh lực kế cũng như lựa chọn tốc độ và độ côn có kỷ luật giữ mọi khớp nối nằm trong cửa sổ ứng suất của nó và đó là yếu tố mang lại lực nâng nhân tạo đáng tin cậy,{3}}trong thời gian dài.
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với China Vigor theo số info@vigorpetroleum.com hoặc gọi +0086 29 81161513.
