Sistemas de acionamento hidráulico para bombas de êmbolo

Em quase todas as perfurações de petróleo e gás, juntamente com as operações de perfuração de linhas de serviços públicos, deve ser usado um êmbolo, uma bomba triplex ou de lama. Esses três termos são sinônimos de um projeto de bomba de múltiplos pistões acionada por virabrequim, capaz de altos volumes e pressões. O principal objetivo da bomba é fornecer lubrificação e resfriamento para a broca, controle de pressão do poço e remoção de resíduos de perfuração do furo. As condições do processo de perfuração mudam constantemente durante a operação, incluindo profundidade, dureza do solo, qualidade da lama, direção de perfuração, etc. A pressão da lama necessária reflete mudanças em todos esses parâmetros.

Com todas essas variáveis, é essencial controlar a pressão e o fluxo da lama com rapidez e precisão. As fontes de energia mais comuns para bombas de lama são caixas de engrenagens mecânicas, transmissões por corrente com motor diesel ou motor elétrico como motor principal. O projeto da transmissão mecânica torna o controle da pressão e do fluxo da lama mais difícil, pois o operador de perfuração deve ajustar continuamente a pressão, alterando o fluxo de acordo. Esta tarefa é realizada alterando novamente a velocidade da transmissão, instalando bombas de lama adicionais ou ajustando a potência do fluxo de bombeamento por outros meios.

As bombas de lama mais comuns são as bombas de êmbolo de 3 pistões com um virabrequim típico. A maioria dessas bombas possui uma relação de transmissão mecânica integrada de 3:1 ou 5:1. O eixo de entrada de alta velocidade é então acionado por um motor diesel ou elétrico por meio de algum projeto de mudança de velocidade. A velocidade máxima do virabrequim varia dependendo do projeto e tamanho, mas um valor comum em potência máxima é de aproximadamente 100 a 150 rotações por minuto (rpm) para bombas de lama e até 400 rpm para bombas de cimento. A velocidade operacional normal é menor, e a velocidade média de 50 a 150 rpm é a mais comum. Mudar a transmissão de marcha ou a velocidade do motor diesel fornece os meios para o controle do fluxo. O desafio é manter a pressão constante no poço, o que depende das diferentes demandas de vazão.

Potência (hp) é potência, velocidade é velocidade e torque é torque. Nenhuma mágica ou molho secreto dá a um sistema de acionamento uma enorme vantagem sobre o outro. Uma das muitas opções é um sistema de acionamento hidráulico.

Requisitos de acionamento da bomba de êmbolo

Contras do sistema de acionamento hidráulico

Normalmente, o custo inicial do sistema de acionamento hidráulico é a maior consideração ao decidir qual acionamento da bomba de êmbolo instalar. É importante compreender as vantagens e desvantagens de cada inversor e o tipo de controle necessário na aplicação da bomba.

Loop aberto, volume variável

Este projeto de sistema consiste em uma bomba de volume variável e pressão compensada acionada por um motor principal com válvulas de controle tradicionais, como válvulas de controle eletroproporcionais em linha para controle de velocidade e direção do motor. Controladores de bomba adicionais, como sensor de carga e limitação de HP, estão disponíveis para ajustar a vazão da bomba com base nas alterações no sistema a jusante. Todos esses tipos de controles podem resultar em um sistema mais responsivo e eficiente. Este tipo de projeto de sistema também incluiria regulação de sobrepressão para controle máximo de torque e capacidade de travamento, sensores de pressão e fluxo, juntamente com componentes típicos de condicionamento de fluidos para filtragem e resfriamento. Quando o motor não está funcionando, a bomba variável desativa o curso e fica em espera de pressão, aguardando que uma queda de pressão no sistema volte ao curso. A rotação do óleo no sistema está diretamente relacionada ao fluxo de saída da bomba.

Um projeto típico de reservatório exigiria uma proporção de 3:1 entre fluxo de óleo e armazenamento de óleo. Este tipo de sistema pode ser controlado através de um controlador lógico programável (PLC) que pode monitorar a velocidade e a pressão, permitindo o controle do sistema em tempo real. Este projeto de sistema é eficiente e, na maioria das vezes, melhor compreendido pelos trabalhadores de manutenção.

Circuito fechado, hidrostático

Este projeto de sistema é outro método de acionamento hidráulico que oferece vantagens distintas em relação ao projeto de malha aberta e proporciona maior eficiência. No projeto de circuito fechado, a velocidade e a direção do motor são controladas por uma bomba biaxial de volume variável acionada por um motor principal. As válvulas de controle de pressão podem fazer parte do conjunto da bomba e não precisam ser instaladas em linha. O motor está em circuito fechado, com as saídas da bomba com o volume de óleo utilizado para adquirir a determinada velocidade do motor retornando para o outro lado da bomba. A bomba primária é sobrealimentada por uma pequena bomba de deslocamento fixo que carrega o circuito com o fluxo usado no circuito de controle da bomba e compensa o fluxo para vazamentos dentro da bomba e do motor, enchendo assim o circuito.