مضخة لولبية عالية الكفاءة

بخصوص بعض الأسئلة حول المضخات اللولبية، انهوى شينغشي داتانغ أرغب في مشاركة بعض الأفكار مع الجميع.   تحليل أسباب ومخاطر الدوران العكسي لسلسلة القضبان في مضخة لولبية الآبار 1. تحليل أسباب الدوران العكسي لسلسلة القضبان في آبار المضخات اللولبية أثناء استخراج النفط من حقول النفط باستخدام مضخات اللولب، يُعد الدوران العكسي لسلسلة القضبان عطلًا شائعًا نسبيًا. أسباب هذا الدوران العكسي معقدة، لكن السبب الرئيسي هو التوقف المفاجئ أو الالتصاق للمضخة أثناء التشغيل، مما يُسبب تشوهًا والالتواء لسلسلة القضبان. يؤدي التحرير السريع لهذا التشوه والالتواء إلى الدوران العكسي. على وجه التحديد، إذا توقفت مضخة اللولب فجأة أو الالتصاق أثناء التشغيل، ينشأ فرق ضغط بين السائل عالي الضغط المُحتجز في أنابيب الإنتاج والضغط الهيدروستاتيكي لجوف البئر في حلقة التغليف. بفضل هذا الفرق في الضغط، تعمل مضخة اللولب كمحرك هيدروليكي، مما يدفع الدوار وسلسلة القضبان المتصلة للدوران بسرعة عكسية. يتأثر الدوران العكسي لسلسلة قضبان مضخة اللولب باختلاف ضغط الأنبوب والغلاف، مما يُظهر اختلافات في مدة وسرعة الدوران العكسي. عمومًا، يؤدي اختلاف ضغط الأنبوب والغلاف الأكبر إلى سرعة دوران عكسي أسرع ومدة أطول لسلسلة القضبان. ومع انخفاض فرق الضغط تدريجيًا، تنخفض سرعة الدوران العكسي ومدته بالتبعية حتى يتوازن فرق الضغط، وعند هذه النقطة يتوقف الدوران العكسي تدريجيًا. عند حدوث الدوران العكسي، يهتز سلسلة القضبان بشدة. إذا حدث رنين أثناء هذا الاهتزاز - أي أن تردد اهتزاز سلسلة القضبان العكسية يتزامن مع التردد الطبيعي لرأس البئر - يمكن أن ترتفع سرعة الدوران فورًا إلى أقصى حد لها. يمكن أن يؤدي هذا الوضع إلى حوادث سلامة خطيرة، ويسبب أضرارًا جسيمة لموقع العمل، بل ويؤدي إلى إصابات. 2. مخاطر الدوران العكسي لسلسلة القضبان في آبار المضخات اللولبية تختلف المخاطر الناجمة عن دوران خيط القضيب العكسي باختلاف سرعة ومدة الانعكاس. قد تؤدي الحالات الشديدة إلى حوادث سلامة في الموقع ذات عواقب وخيمة. وبشكل أكثر تحديدًا، تتجلى المخاطر بشكل رئيسي في الجوانب الثلاثة التالية: (1) قد يؤدي الدوران العكسي إلى انزلاق خيط القضيب من موضعه الأصلي، مما يؤدي إلى تأرجح قضيب تلميع مضخة اللولب. قد يتسبب هذا في تآكل وتلف كبيرين لمعدات مضخة اللولب، مما يؤدي إلى إتلاف مكوناتها وقطعها المختلفة. (2) أثناء الدوران العكسي، إذا كانت السرعة عالية جدًا أو المدة طويلة جدًا، فقد ترتفع درجة حرارة مكونات الدوران العكسي باستمرار، مما قد يؤدي إلى اشتعال غازات قابلة للاشتعال عند رأس البئر. قد يؤدي هذا إلى انفجار في موقع العمل، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة لا يمكن التنبؤ بها. (3) إذا لم يُتحكّم في الدوران العكسي بشكل فعّال، فقد يتحطّم بكرة الدفع. تُشكّل شظايا البكرة المتطايرة في موقع العمل خطر إصابة العاملين، وتُلحق الضرر بموقع إنتاج حقل النفط، وتُقلّل من كفاءة الاستخراج، وتزيد من احتمالية وقوع حوادث سلامة مُختلفة. أجهزة منع الدوران العكسي الشائعة الاستخدام لسلاسل قضبان بئر المضخة اللولبية 1. جهاز مضاد للانعكاس من نوع السقاطة والمزلاج يمنع هذا النوع من الأجهزة الدوران العكسي باستخدام تعشيق أحادي الاتجاه بين السقاطة والمزلاج. ويتم تعشيق السقاطة والمزلاج عبر تكوين شبكي خارجي. عند تشغيل مضخة اللولب بشكل طبيعي، تُسبب قوة الطرد المركزي انفصال المزلاج عن شريط فرامل السقاطة، فيبقى جهاز منع الرجوع للخلف غير نشط. ومع ذلك، عند توقف مضخة اللولب فجأة أثناء التشغيل، يبدأ خيط القضيب بالرجوع للخلف بسبب القصور الذاتي. أثناء هذا الدوران العكسي، تُسبب قوة الجاذبية والزنبرك تعشيق المزلاج مع شريط فرامل السقاطة، مما يُفعّل جهاز منع الرجوع للخلف. ثم يُبدد الجهاز عزم الدوران الناتج عن الدوران العكسي عالي السرعة من خلال قوة الاحتكاك. يتميز جهاز السقاطة والمزلاج بهيكل بسيط، وسهولة تركيبه، وتكلفته الإجمالية منخفضة، ومرونته وإمكانية تحكمه الجيدة. ومع ذلك، يتطلب عادةً تدخلاً يدوياً عن قرب للتفعيل/التشغيل. قد يؤدي التشغيل غير السليم إلى انزلاق أسطح الاحتكاك، مما يُشكل خطراً على السلامة. بالإضافة إلى ذلك، قد يُصدر هذا النوع من الأجهزة ضوضاء عالية أثناء التشغيل، ويُعرّض مكوناته لصدمات وتآكل شديدين، مما يستلزم استبدال قطع الغيار بشكل متكرر. 2. جهاز مضاد للانعكاس من نوع الاحتكاك يتكون جهاز منع الرجوع للخلف من نوع الاحتكاك من جزأين رئيسيين: قابض تجاوز يحدد اتجاه الدوران ومجموعة حذاء الفرامل. في هذا الجهاز، يتم توصيل أحذية الفرامل بأجسام الفرامل عبر التثبيت بالمسامير، ويمسك جسما الفرامل بالحلقة الخارجية. أثناء التشغيل العادي لمضخة اللولب (الدوران في اتجاه عقارب الساعة)، يظل الجهاز غير نشط. عندما يتسبب الإغلاق المفاجئ في الدوران العكسي، تنعكس آلية القيادة. في هذه الحالة، تتحرك البكرات بين عجلة النجمة والحلقة الخارجية، مما يؤدي إلى تنشيط الجهاز. يحد تأثير التخميد الناتج من دوران عجلة النجمة، وبالتالي تحقيق وظيفة منع الرجوع للخلف. ومع ذلك، نظرًا لأن تشغيل هذا الجهاز يتطلب غالبًا التحكم اليدوي، فقد يؤدي التعامل غير السليم إلى تعطله. علاوة على ذلك، ينطوي استبدال هذا الجهاز على مخاطر سلامة كبيرة. وبالتالي، فإن استخدامه في آبار مضخة اللولب محدود نسبيًا حاليًا. 3. جهاز مضاد للانعكاس من نوع Sprag يعمل جهاز منع الرجوع للخلف من نوع "سبراغ" بناءً على مبدأ قابض تجاوز السرعة. تحديدًا، أثناء التشغيل العادي لمضخة اللولب (دوران خيط القضيب للأمام)، تصطفّ المشابك داخل الجهاز بشكل طبيعي وتبقى منفصلة عن الحلقة الخارجية، مما يُبقي الجهاز غير نشط. عندما تتوقف المضخة فجأة ويبدأ خيط القضيب بالدوران للخلف، يُؤدي عزم الدوران العكسي الناتج إلى دوران الجهاز في الاتجاه المعاكس. هذا يُؤدي إلى محاذاة المشابك في الاتجاه المعاكس، مما يُثبّتها على الحلقة الخارجية ويمنع دوران خيط القضيب للخلف. يتميز جهاز سبراغ بتصميمه البسيط، وسهولة تركيبه، وسهولة تحكمه، وقدرته العالية على العمل، مما يقلل من خطر الحوادث. كما يتميز بعمر خدمة طويل، ولا يتطلب استبدالًا متكررًا للأجزاء. عيبه هو أنه لا يحل مشكلة الدوران العكسي بشكل جذري. فإذا تجاوز عزم الدوران العكسي قدرة سبراغ على التحمل، فقد يتسبب ذلك في تعطل سبراغ وتعطل الجهاز. إضافةً إلى ذلك، قد تكون الصيانة اليومية لهذا الجهاز غير مريحة. 4. جهاز مضاد للانعكاس من النوع الهيدروليكي يشبه مبدأ عمل جهاز منع الرجوع الهيدروليكي نظام فرامل السيارة إلى حد ما. عندما تتوقف مضخة اللولب فجأةً ويوشك خيط القضيب على الدوران للخلف، ينشط المحرك الهيدروليكي داخل الجهاز. يدفع ضغط السائل الهيدروليكي وسادات الاحتكاك نحو قرص الفرامل، مما يُطلق كمية كبيرة من طاقة الدوران العكسي الكامنة، مما يُبدد الدوران العكسي لخيط القضيب. تشمل مزايا الجهاز الهيدروليكي التشغيل المستقر والموثوق، والسلامة العالية، وعدم إصدار ضوضاء، وعدم وجود أي خطر على العاملين في الموقع. كما أن الصيانة والاستبدال والصيانة اليومية مريحة وآمنة نسبيًا. ويمكن لهذا النوع من الأجهزة معالجة مشكلة الدوران العكسي بدقة أكبر، مما يعزز السلامة التشغيلية لنظام مضخة اللولب. أما عيوبه فتتمثل في تكلفته الإجمالية العالية ومتطلبات الجودة الصارمة للمكونات الهيدروليكية، مما قد يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة والاستبدال. وفي حال حدوث مشاكل مثل تدهور سائل الهيدروليك أو تسربه أثناء التشغيل، فقد يتأثر أداء الجهاز، مما يستلزم صيانة دورية. إجراءات لمعالجة الدوران العكسي لسلسلة القضبان في مضخة لولبية الآبار 1. البحث وتطبيق أجهزة مضادة للانعكاس أكثر أمانًا وموثوقية يشير تحليل أسباب الدوران العكسي لسلسلة القضبان إلى أن العوامل الرئيسية هي إطلاق طاقة الوضع المرنة المخزنة في سلسلة القضبان وتأثير فرق الضغط بين الأنبوب والغلاف. إذا لم يتم التحكم في الدوران العكسي بشكل فعال، وخاصة عند السرعات العالية أو لفترات طويلة، فقد يؤدي ذلك إلى سلسلة من العواقب الوخيمة وحوادث السلامة، مما يشكل مخاطر كبيرة. لذلك، يجب تعزيز البحث والتطبيق التقني. بناءً على أجهزة منع الدوران العكسي الحالية، يجب إجراء ترقيات وتحسينات لتطوير وتطبيق أجهزة أكثر أمانًا وموثوقية. يجب أن تضمن هذه الأجهزة إطلاق عزم الدوران بشكل آمن والتخلص الفعال من فرق الضغط أثناء عمليات الإغلاق المفاجئة لمضخة اللولب، مما يقلل من مخاطر السلامة المرتبطة بها. تحتاج مبادئ عمل ومزايا وعيوب أجهزة منع الدوران العكسي الشائعة إلى تحليل متعمق لتحسينات مستهدفة. سيعزز هذا استقرار هذه الأجهزة وموثوقيتها، ويقلل من مخاطر السلامة أثناء الاستخدام، ويزيد من السلامة التشغيلية لمعدات مضخة اللولب. 2. استخدام مفاتيح منع التدفق العكسي في قاع البئر يمكن استخدام مفاتيح منع التدفق العكسي في قاع البئر لمعالجة الدوران العكسي الناتج عن القوى الهيدروليكية بفعالية. يتكون مفتاح منع التدفق العكسي من مكونات مثل القرص، والكرة، وقضيب الدفع، ودبوس القص، والوصلة الفرعية المتقاطعة. يمكن استخدامه في نظام تشغيل مضخة اللولب لتقليل عزم الدوران الناتج عن حالات التوقف المفاجئ، وخفض سرعة الدوران العكسي، وتخفيف تأثير الدوران العكسي الناتج عن فرق الضغط بين الأنبوب والغلاف. من خلال تبديد القوى الهيدروليكية، يساعد على التحكم في الدوران العكسي ويمنع أيضًا ارتداد سلسلة القضيب. يتميز مفتاح منع التدفق العكسي بهيكل بسيط، وتكلفته المنخفضة، وسهولة تركيبه. وقد استُخدم على نطاق واسع في تطوير حقول النفط نظرًا لاستقراره القوي، وموثوقيته العالية، وإمكانات تطبيقه الواسعة. 3. تعزيز إدارة سلامة السطح للتحكم الفعال في الدوران العكسي، من الضروري ليس فقط تجهيز أنظمة المضخات اللولبية بأجهزة مناسبة لمنع الدوران العكسي، بل أيضًا تعزيز إدارة السلامة في العمليات السطحية وتطبيق تدابير وقائية للحد من الآثار السلبية للدوران العكسي. وتشمل هذه التدابير ما يلي: ① يجب على الموظفين إجراء عمليات التفتيش والصيانة والخدمة اليومية لمعدات مضخة المسمار، والحفاظ على سجلات إدارة المعدات المناسبة، وتجميع الخبرة بشكل مستمر، وتحسين قدرات الوقاية من السلامة. ② تنفيذ مراقبة مستمرة لتشغيل نظام مضخة اللولب للكشف الفوري عن أي خلل. اتخاذ إجراءات فورية لتشخيص الأعطال واستكشاف الأخطاء وإصلاحها للحد من احتمالية حدوث الدوران العكسي. ③ وضع خطط شاملة للاستجابة للطوارئ. في حال حدوث حوادث دوران عكسي مفاجئة، فعّل خطة الطوارئ فورًا لتقليل احتمالية وقوع حوادث السلامة.