Produção de petróleo
bombas de produção de petróleo
Como escolher as bombas de produção de petróleo
A seleção de bombas adequadas para cenários de produção de petróleo deve dar prioridade à adaptabilidade ao petróleo bruto de alta viscosidade, aos meios que contêm areia e aos fluidos corrosivos dos campos petrolíferos, assegurando simultaneamente um funcionamento fiável sob alta pressão, alta temperatura e condições de trabalho contínuo a longo prazo para satisfazer os requisitos de extração de petróleo bruto, transferência e tratamento de águas residuais dos campos petrolíferos.
Condição de funcionamento Categoria | Parâmetros-chave a confirmar | Observações sobre os cenários de produção de petróleo |
|---|---|---|
Caraterísticas médias | Tipo de meio (petróleo bruto, petróleo bruto com areia, água produzida em campos petrolíferos, fluido de fracturação, agente químico), viscosidade | Foco principal: Adaptabilidade da bomba a uma viscosidade elevada e compatibilidade com agentes químicos dos campos petrolíferos |
Conteúdo sólido e tamanho das partículas | Teor de sólidos (%), dimensão máxima das partículas (mm), tipo de partículas (areia, argila, produtos de corrosão) | Afecta a resistência ao desgaste dos componentes do fluxo da bomba (essencial para o transporte de petróleo bruto com areia) |
Temperatura e Corrosividade | Temperatura de funcionamento (℃), pressão (MPa), valor de pH, intensidade de corrosão (corrosão de crude ácido, corrosão de água salgada) | Fator crítico para a seleção de materiais (por exemplo, o crude ácido requer materiais anti-corrosão por sulfureto) |
Modo de funcionamento | Funcionamento contínuo (24h/365) ou intermitente, horas de funcionamento anual, gama de flutuações de carga | A maioria dos processos de produção de petróleo adopta um funcionamento contínuo; as bombas necessitam de uma elevada resistência à fadiga |
Requisitos de instalação | Instalação do tipo seco/submersível/vertical/horizontal/acionada por correia, restrições de espaço no local do poço do campo petrolífero/estação de bombagem | Bombas submersíveis preferidas para extração em poços profundos; bombas verticais para espaço limitado da estação de bombagem |
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Tipos adequados para a produção de óleo Instalações do sistema
Ver mais aplicação cenários
Bomba centrífuga para campos petrolíferos
Excelente adaptabilidade ao petróleo bruto de alta viscosidade, forte resistência ao desgaste, débito de fluxo estável, adequado para transferência de petróleo bruto de média pressão
Bomba de sucção dupla
Grande capacidade de fluxo, força axial equilibrada, baixa vibração, alta eficiência operacional, adequado para armazenamento e transporte de petróleo bruto em grande escala
Bomba de tubagem
Estrutura compacta, instalação direta na tubagem, boa resistência ao óleo, baixo consumo de energia, fácil manutenção
Bomba de óleo submersível
Adequado para extração de petróleo em poços profundos, estrutura compacta, forte potência, pode adaptar-se a ambientes de poço de alta temperatura
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Ficha técnica de KOLEBURG: Único impulsor da bomba desenho
Impulsor centrífugo rotativo único
Um grande diâmetro do canal evitará que este fique bloqueado.
As bombas centrífugas em espiral têm excelentes propriedades anti-entupimento. Os seus canais abertos e de grande diâmetro proporcionam uma elevada eficiência e propriedades anti-entupimento, facilitando o transporte de sólidos a granel e materiais de fibras longas.
A secção em espiral produz um efeito de propulsão em espiral e a extremidade da lâmina do impulsor é em forma de foice. O reabastecimento das lâminas aumenta gradualmente ao longo da direção da roda, orientando o fluxo de líquido e os objectos do tubo para se moverem perto do eixo. Além disso, a ação em espiral impulsiona-os ao longo da recolha para a secção centrífuga, proporcionando capacidades de sucção superiores e cavitação reduzida.
Bombagem de meios com elevado teor de sólidos
Diagrama de bombagem de conteúdo sólido
Capaz de transportar meios com elevado teor de sólidos, tais como lamas com um teor de sólidos até 20%.
Materiais habitualmente utilizados nas bombas de produção de petróleo
Seleção de materiais
A KOLEBURG pode satisfazer as necessidades de personalização de diversos materiais.
Impulsor centrífugo rotativo único
Componente da bomba | Materiais recomendados |
Ferro fundido cinzento HT200, Aço inoxidável 304, Duplex 2205 | |
Liga com alto teor de crómio, aço inoxidável 304, Duplex 2205 | |
Liga de aço 42CrMo, aço inoxidável 304 | |
SiC-SiC, anel de vedação revestido a PTFE, grafite resistente ao desgaste | |
Borracha de nitrilo (NBR), FKM |
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Quais são os principais critérios para a seleção de bombas de produção de petróleo?
Os cenários de produção de petróleo são caracterizados por condições de funcionamento difíceis e complexas, incluindo petróleo bruto de alta viscosidade (petróleo pesado, petróleo extrapesado), meios que contêm areia, corrosão de petróleo bruto ácido, ambientes de fundo de poço de alta temperatura e alta pressão e requisitos de funcionamento contínuo a longo prazo. Como equipamento auxiliar essencial na indústria de produção de petróleo, as bombas afectam diretamente a eficiência, a segurança e os benefícios económicos da extração, recolha e transporte de petróleo bruto. A seleção de bombas de produção de petróleo adequadas deve dar prioridade a cinco dimensões fundamentais: adaptabilidade a meios de alta viscosidade e contendo areia, resistência à corrosão (especialmente para crude ácido), tolerância a altas temperaturas e altas pressões, fiabilidade operacional contínua a longo prazo e conformidade com as normas autorizadas da indústria.
As normas internacionais da indústria são a garantia fundamental da qualidade e do desempenho das bombas de produção de petróleo. As bombas utilizadas nos principais processos de produção de petróleo devem estar em conformidade com Norma API 610 (Bombas centrífugas para as indústrias do petróleo, da petroquímica e do gás natural) e Certificação do sistema de gestão da qualidade ISO 9001. Estas normas regulam rigorosamente a conceção, a seleção de materiais, o processo de fabrico e os testes de desempenho das bombas, exigindo que as bombas de produção de petróleo atinjam anualmente mais de 8000 horas de funcionamento estável contínuo com uma taxa de avarias inferior a 0,8 vezes por ano. De acordo com as estatísticas do sector, o consumo de energia dos sistemas de bombas representa 15-20% do consumo total de energia auxiliar dos campos de produção de petróleo, e a aplicação de bombas de produção de petróleo de elevada eficiência pode reduzir esta proporção em 4-6 pontos percentuais, reduzindo significativamente os custos de produção.
Correspondência de condições de funcionamento para bombas de produção de petróleo
A correspondência exacta das condições de funcionamento da bomba com os requisitos do processo de produção de petróleo é a premissa para garantir um funcionamento eficiente e seguro. A tabela seguinte enumera os principais parâmetros das condições de funcionamento que têm de ser clarificados para a seleção da bomba, combinando ligações típicas de processos como a extração, recolha e transporte de petróleo bruto, tratamento de águas residuais de campos petrolíferos e circulação de fluido de fracturação:
Condição de funcionamento Categoria | Parâmetros-chave a confirmar | Observações sobre os cenários de produção de petróleo |
|---|---|---|
Caraterísticas médias | Tipo de meio (petróleo bruto, petróleo bruto contendo areia, água produzida em campos petrolíferos, fluido de fracturação, agente químico), viscosidade (cSt), densidade (kg/m³) | Foco principal: Adaptabilidade da bomba a uma viscosidade elevada e compatibilidade com agentes químicos dos campos petrolíferos |
Conteúdo sólido e tamanho das partículas | Teor de sólidos (%), dimensão máxima das partículas (mm), tipo de partículas (areia, argila, produtos de corrosão) | Afecta a resistência ao desgaste dos componentes do fluxo da bomba (essencial para o transporte de petróleo bruto com areia) |
Temperatura e Corrosividade | Temperatura de funcionamento (℃), pressão (MPa), valor de pH, intensidade de corrosão (corrosão de crude ácido, corrosão de água salgada, teor de H₂S/CO₂) | Fator crítico para a seleção de materiais (por exemplo, o crude ácido requer materiais anti-corrosão por sulfureto) |
Modo de funcionamento | Funcionamento contínuo (24h/365) ou intermitente, horas de funcionamento anual, gama de flutuações de carga | A maioria dos processos de produção de petróleo adopta um funcionamento contínuo; as bombas necessitam de uma elevada resistência à fadiga |
Requisitos de instalação | Instalação do tipo seco/submersível/vertical/horizontal/acionada por correia, restrições de espaço no local do poço do campo petrolífero/estação de bombagem, ambiente offshore/onshore | Bombas submersíveis preferidas para extração em poços profundos; bombas verticais para espaço limitado da estação de bombagem; bombas offshore requerem anti-corrosão para a água do mar |
Tipos comuns de bombas na produção de petróleo e as suas principais vantagens
Diferentes ligações de processo na produção de petróleo têm requisitos distintos para o desempenho da bomba. A tabela seguinte apresenta os tipos de bombas mais utilizados (palavras-chave de pesquisa frequente no Google) e as suas principais vantagens neste cenário:
Tipo de bomba | Vantagens principais | Ligações de processo aplicáveis |
|---|---|---|
Excelente adaptabilidade ao petróleo bruto de alta viscosidade, forte resistência ao desgaste, caudal estável, adequado para transferência de petróleo bruto a média pressão (pressão até 15MPa) | Recolha e transporte de petróleo bruto, transferência de superfície de campos petrolíferos | |
Grande capacidade de fluxo (até 3000m³/h), força axial equilibrada, baixa vibração, elevada eficiência operacional (até 92%), adequada para armazenamento e transporte de petróleo bruto em grande escala | Transferência de petróleo bruto de depósitos de petróleo, sistema de injeção de água em grande escala em campos petrolíferos | |
Estrutura compacta, instalação direta na tubagem, boa resistência ao óleo, baixo consumo de energia, fácil manutenção, adequado para transporte em tubagens de média e baixa pressão | Circulação de agentes químicos em campos petrolíferos, oleoduto de transferência de óleo auxiliar | |
Bomba de cavidade progressiva | Forte desempenho anti-entupimento, excelente adaptabilidade a meios com elevado teor de areia (teor de sólidos até 20%) e elevada viscosidade, produção estável em condições de trabalho variáveis | Extração de petróleo bruto contendo areia, produção de petróleo pesado, extração em campos petrolíferos offshore |
Bomba de óleo submersível | Adequado para extração de óleo de poço profundo (profundidade de até 3000m), estrutura compacta, potência forte, pode se adaptar ao ambiente de fundo de poço de alta temperatura (até 150 ℃) | Extração de petróleo bruto em poços profundos, produção de campos petrolíferos offshore |
Bomba de parafuso | Bom desempenho de escorvamento automático, baixo ruído, forte adaptabilidade a meios de alta viscosidade e alto teor de sólidos, adequado para extração de óleo de pequeno e médio fluxo | Extração de poços de petróleo pesado, desenvolvimento de campos petrolíferos marginais |
O que é uma bomba de produção de petróleo?
Uma bomba de produção de petróleo é um produto de bomba especializado concebido para as condições de trabalho difíceis e complexas da indústria de produção de petróleo, que é uma palavra-chave de elevado volume de pesquisa no Google. Refere-se a bombas que podem funcionar de forma estável em condições de alta viscosidade, alto teor de areia, alta temperatura, alta pressão e forte corrosão, realizando tarefas essenciais como a extração, recolha e transporte de petróleo bruto, tratamento de água produzida em campos petrolíferos e circulação de fluidos de fracturação em campos de produção de petróleo (onshore e offshore). A fiabilidade e a eficiência das bombas de produção de petróleo determinam diretamente a capacidade de produção e os benefícios económicos dos campos petrolíferos.
De acordo com as ligações de aplicação, as bombas de produção de petróleo podem ser classificadas em três categorias: bombas de extração (utilizadas para a extração de petróleo bruto no fundo do poço, tais como bombas de petróleo submersíveis, bombas de cavidade progressiva), bombas de transporte (utilizadas para a recolha e transporte de petróleo bruto à superfície, tais como bombas centrífugas para campos petrolíferos, bombas de sucção dupla) e bombas auxiliares (utilizadas para o tratamento de água produzida em campos petrolíferos, circulação de agentes químicos, tais como bombas para condutas, bombas centrífugas para esgotos). Cada tipo de bomba tem melhorias de conceção direcionadas para os seus cenários de aplicação específicos.
O princípio de funcionamento das bombas de produção de petróleo baseia-se principalmente na força centrífuga ou no deslocamento positivo: as bombas centrífugas de produção de petróleo (por exemplo, bombas centrífugas de campo petrolífero) dependem de impulsores rotativos de alta velocidade para realizar o aumento e o transporte de meios, adequados para cenários de grande fluxo e pressão média; bombas de produção de óleo de deslocamento positivo (por exemplo, bombas de cavidade progressiva, bombas de parafuso) dependem da mudança de volume de cavidades seladas para transportar meios, adequados para cenários de alta viscosidade e alto conteúdo sólido. Os principais indicadores de desempenho incluem temperatura máxima de operação (até 180 ℃), pressão máxima de trabalho (até 40MPa), adaptabilidade à viscosidade (até 10000 cSt), tolerância de conteúdo sólido (até 25%) e confiabilidade anual (≥99%).
Em comparação com as bombas noutros cenários industriais (como o tratamento de água, a produção de energia), as bombas de produção de petróleo têm as seguintes caraterísticas distintas:
- Forte adaptabilidade a meios complexos: Pode funcionar de forma estável em ambientes de alta viscosidade, com muita areia e meios corrosivos, o que constitui a principal diferença em relação às bombas industriais comuns.
- Excelente resistência ao desgaste e à corrosão: Os componentes principais adoptam materiais especiais resistentes ao desgaste e anti-corrosão (tais como liga de alto crómio, aço inoxidável duplex), que podem suportar a erosão a longo prazo de partículas de areia e crude ácido.
- Elevada fiabilidade para um funcionamento contínuo a longo prazo: Concebida para um funcionamento contínuo 24 horas por dia, 365 dias por ano, em ambientes adversos de campos petrolíferos, a vida útil média dos principais componentes é superior a 8 anos e o intervalo de revisão é superior a 3 anos.
- Instalação diversificada e formas estruturais: Existem formas de instalação submersíveis, verticais, horizontais e outras para se adaptarem aos diversos ambientes de campos petrolíferos em terra, plataformas offshore e poços profundos.
Componentes da bomba centrífuga de produção de petróleo e seleção de materiais
As bombas centrífugas de produção de petróleo funcionam em condições difíceis, tais como elevada viscosidade, desgaste com areia e corrosão do óleo, exigindo uma seleção rigorosa de materiais para os componentes. Todos os materiais têm de cumprir os requisitos da norma API 610 e passar nos testes de resistência ao desgaste, resistência à corrosão e desempenho a altas temperaturas. A tabela seguinte lista os materiais recomendados para os principais componentes, combinando as práticas de aplicação da indústria e os requisitos das normas internacionais:
Componente da bomba | Materiais recomendados | Vantagens para cenários de produção de petróleo |
|---|---|---|
Aço inoxidável 316L, Duplex 2205, Ferro fundido resistente ao desgaste (HT250 com revestimento resistente ao desgaste) | Excelente resistência à corrosão por óleo e ao desgaste por areia; elevada resistência mecânica para suportar pressões médias e elevadas (até 25 MPa) | |
Liga com alto teor de crómio (Cr27), Duplex 2205, Liga à base de níquel (Inconel 625) | Forte resistência ao desgaste contra petróleo bruto contendo areia (vida útil 3-5 vezes superior à dos materiais normais); desempenho estável do equilíbrio dinâmico para funcionamento a alta velocidade a longo prazo (até 3600r/min) | |
Liga de aço 42CrMo, aço inoxidável 316L, liga de titânio | Elevada resistência à fadiga e tenacidade; resistência à corrosão por óleo e resistência à fissuração por tensão de sulfureto para garantir uma rotação estável em funcionamento contínuo | |
SiC-SiC, anel de vedação revestido a PTFE, grafite resistente ao óleo (com tratamento anti-coque) | Excelente resistência ao óleo e resistência a altas temperaturas (até 180 ℃), vedação estanque para evitar vazamento de petróleo bruto; o tratamento anti-coque se adapta ao petróleo bruto de alta temperatura | |
FKM (Viton), Borracha nitrílica (NBR), Perfluoroelastómero | O FKM e o perfluoroelastómero resistem a altas temperaturas e à forte corrosão do óleo; a borracha nitrílica é rentável para meios gerais de campos petrolíferos (temperatura ≤120 ℃) |
Eficiência energética e fiabilidade operacional das bombas de produção de petróleo
A otimização da eficiência energética é uma direção importante para reduzir os custos de produção nos campos petrolíferos. Sob a premissa de garantir a fiabilidade, a melhoria da eficiência energética dos sistemas de bombas pode reduzir eficazmente o consumo de energia auxiliar. A tabela seguinte compara a eficiência energética das bombas de produção de petróleo comuns e de alta eficiência, e o efeito de poupança de energia dos esquemas de transformação:
Tipo de bomba/esquema de transformação | Taxa de eficiência energética (%) | Poupança anual de energia (kWh/unidade) |
|---|---|---|
Bomba centrífuga comum para campos petrolíferos (Motor IE2) | 72-78 | 0 (Referência) |
Bomba centrífuga de alta eficiência para campos petrolíferos (motor IE4) | 86-94 | 12,000-18,000 |
Transformação de frequência variável (VFD) para bombas de produção de petróleo | 88-95 | 30.000-50.000 (com base numa bomba de caudal de 500m³/h) |
A fiabilidade operacional é o principal requisito para as bombas de produção de petróleo. As bombas que cumprem as normas API 610 e ISO 9001 têm uma taxa de falha 45-55% inferior à das bombas industriais comuns, o que pode reduzir eficazmente o tempo de inatividade não planeado e evitar perdas de produção. As principais medidas de melhoria da fiabilidade incluem:
- Seleção rigorosa de materiais e controlo de qualidade: Todos os componentes devem passar por testes de desempenho rigorosos e as peças de desgaste principais adoptam um design intercambiável para facilitar a manutenção e a substituição.
- Manutenção e inspeção regulares: Realizar periodicamente testes não destrutivos (NDT) em componentes-chave, como impulsores e veios da bomba, e efetuar regularmente tratamento anti-corrosão e resistente ao desgaste no corpo da bomba.
- Sistema inteligente de monitorização e aviso prévio: Instale sensores para monitorizar parâmetros como a vibração da bomba, a temperatura, a pressão e a fuga de vedantes em tempo real, realizando um aviso prévio de avarias e reduzindo o tempo de inatividade não planeado por 65%.
Caso de aplicação de bombas na produção de petróleo
Este caso envolve um campo petrolífero onshore de grande escala com uma capacidade de produção anual de petróleo bruto de 5 milhões de toneladas. Os principais processos do campo petrolífero incluem a extração de petróleo bruto em poços profundos, a recolha e transporte de petróleo bruto à superfície, o tratamento da água produzida no campo petrolífero e a circulação de fluido de fracturação. Os principais requisitos são que as bombas se adaptem a petróleo bruto de alta viscosidade (5000-8000 cSt) e alta areia (conteúdo sólido 8-12%), suportem condições de trabalho de alta temperatura (120-150 ℃) e alta pressão (18-22MPa), cumpram os padrões API 610 e atendam aos mais recentes requisitos de eficiência energética.
Antecedentes e requisitos do projeto
Ligação do processo | Caraterísticas médias | Requisitos operacionais |
|---|---|---|
Extração de petróleo bruto em poços profundos | Óleo bruto contendo areia de alta viscosidade, viscosidade 6000 cSt, conteúdo sólido 10%, temperatura 140 ℃, pressão 20MPa | Instalação submersível, funcionamento contínuo, anti-entupimento, resistência ao desgaste, taxa operacional ≥99,5% |
Recolha e transporte de petróleo bruto à superfície | Petróleo bruto, viscosidade 3000 cSt, teor de sólidos 5%, temperatura 120℃, pressão 12MPa | Grande caudal (800m³/h), elevada eficiência, funcionamento estável, taxa de eficiência energética ≥90% |
Tratamento de água produzida em campos petrolíferos | Água produzida em campos petrolíferos, teor de óleo 5%, teor de sal 15%, pH 7-8, corrosão ligeira | Resistência à corrosão, anti-entupimento, caudal de 500m³/h, saída estável |
Circulação de fluidos de fracturação | Fluido de fratura, alta viscosidade, conteúdo sólido 8%, temperatura 80 ℃, pressão 15MPa | Funcionamento intermitente, forte adaptabilidade a condições de trabalho variáveis, fácil manutenção |
Esquema de seleção e configuração da bomba
Ligação do processo | Tipo de bomba selecionado | Configuração de materiais e tecnologia-chave |
|---|---|---|
Extração de petróleo bruto em poços profundos | Bomba de óleo submersível | Impulsor: Liga de alto crómio (Cr27); Veio da bomba: Liga de aço 42CrMo; Equipada com sistema de monitorização da temperatura e pressão no fundo do poço |
Recolha e transporte de petróleo bruto à superfície | Corpo da bomba: Duplex 2205; impulsor: Inconel 625; motor IE4 + controlo de frequência variável VFD | |
Tratamento de água produzida em campos petrolíferos | Corpo da bomba: aço inoxidável 316L; impulsor: aço inoxidável 316L; design do canal de fluxo anti-entupimento | |
Circulação de fluidos de fracturação | Bomba de cavidade progressiva | Estator: Borracha resistente a altas temperaturas; Rotor: Liga de alto crómio; Estrutura de desmontagem rápida para fácil manutenção |
Efeito do funcionamento do projeto
Índice de avaliação | Objetivo de conceção | Resultado real da operação |
|---|---|---|
Taxa de funcionamento da bomba | ≥99.5% | 99.85% |
Taxa média de eficiência energética | ≥88% | 93.2% |
Poupança anual de energia | ≥2,0 milhões de kWh | 2,8 milhões de kWh |
Taxa de insucesso | ≤1 vez/ano | 0 vezes em 2 anos |
Conformidade com a norma | Cumprem a norma API 610, ISO 9001 | Totalmente conforme, aprovado em inspeção autorizada por terceiros |