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En relación con algunas preguntas sobre bombas de tornillo, Anhui Shengshi Datang Me gustaría compartir algunas ideas con todos.

  Análisis de causas y peligros de la rotación inversa de la sarta de barras en Bomba de tornillo Pozos

1. Análisis de las causas de la rotación inversa de la sarta de varillas en pozos con bombas de tornillo

Durante la extracción de petróleo mediante bombas de tornillo, la rotación inversa de la sarta de varillas es una falla relativamente común. Las causas de esta rotación inversa son complejas, pero la principal es la parada repentina o el atascamiento de la bomba durante su funcionamiento, lo que provoca la deformación y torsión de la sarta de varillas. La rápida liberación de esta deformación y torsión conduce entonces a la rotación inversa. Específicamente, si la bomba de tornillo se detiene o se atasca repentinamente durante su funcionamiento, se genera una diferencia de presión entre el líquido a alta presión retenido en la tubería de producción y la presión hidrostática del pozo en el espacio anular de la tubería de revestimiento. Impulsada por esta diferencia de presión, la bomba de tornillo actúa como un motor hidráulico, haciendo que el rotor y la sarta de varillas conectada giren rápidamente en sentido inverso.

La rotación inversa de la sarta de varillas de la bomba de tornillo se ve influenciada por la diferencia de presión entre la tubería de producción y la de revestimiento, presentando variaciones en la duración y la velocidad de dicha rotación. Generalmente, una mayor diferencia de presión entre la tubería de producción y la de revestimiento resulta en una mayor velocidad y duración de la rotación inversa de la sarta de varillas. A medida que la diferencia de presión disminuye gradualmente, la velocidad y la duración de la rotación inversa disminuyen en consecuencia hasta que la diferencia de presión se equilibra, momento en el que la rotación inversa cesa gradualmente. Cuando se produce la rotación inversa, la sarta de varillas vibra intensamente. Si se produce resonancia durante esta vibración —es decir, si la frecuencia de vibración de la sarta de varillas en inversión se sincroniza con la frecuencia natural del cabezal del pozo— la velocidad de rotación puede aumentar instantáneamente a su máximo. Esta situación puede provocar accidentes graves, causar daños significativos en el lugar de trabajo e incluso ocasionar víctimas mortales.

2. Riesgos de la rotación inversa de la sarta de varillas en pozos con bombas de tornillo

Los riesgos causados ​​por la rotación inversa de la sarta de varillas varían en grado según la velocidad y la duración de la inversión. Los casos graves pueden provocar incidentes de seguridad en el sitio con consecuencias serias. Específicamente, los riesgos se manifiestan principalmente en los siguientes tres aspectos:

(1) La rotación inversa puede provocar que la sarta de varillas se desplace de su posición original, lo que ocasiona el balanceo de la varilla de pulido de la bomba de tornillo. Esto puede causar un desgaste significativo en el equipo de la bomba de tornillo, dañando diversos componentes y piezas.

(2) Durante la rotación inversa, si la velocidad es demasiado alta o la duración demasiado prolongada, la temperatura de los componentes que giran puede aumentar continuamente, lo que podría provocar la ignición de gases inflamables en la boca del pozo. Esto podría desencadenar una explosión en el lugar de trabajo, con consecuencias graves e imprevisibles.

(3) Si no se controla eficazmente la rotación inversa, la polea motriz puede romperse. Los fragmentos de la polea que salen proyectados por la zona de trabajo suponen un riesgo de lesiones para el personal, dañan el yacimiento petrolífero, reducen la eficiencia de extracción y aumentan la probabilidad de que se produzcan diversos incidentes de seguridad.

Dispositivos antirrotación inversa de uso común para sartas de varillas de pozos con bombas de tornillo

1. Dispositivo antirretroceso de tipo trinquete y palanca

Este tipo de dispositivo impide la rotación inversa mediante el acoplamiento unidireccional de un trinquete y un fiador. Específicamente, el trinquete y el fiador se acoplan mediante un engranaje externo. Cuando el accionamiento de la bomba de tornillo funciona normalmente, la fuerza centrífuga provoca que el fiador se desacople de la banda de freno del trinquete, por lo que el dispositivo antirretroceso permanece inactivo. Sin embargo, cuando la bomba de tornillo se detiene repentinamente durante el funcionamiento, la sarta de varillas comienza a girar en sentido inverso debido a la inercia. Durante esta rotación inversa, la gravedad y la fuerza del resorte hacen que el fiador se acople a la banda de freno del trinquete, activando el dispositivo antirretroceso. El dispositivo disipa entonces el par generado por la rotación inversa a alta velocidad mediante la fuerza de fricción.

El mecanismo de trinquete y palanca tiene una estructura sencilla, es fácil de instalar, tiene un bajo coste total y ofrece buena flexibilidad y control. Sin embargo, normalmente requiere intervención manual a corta distancia para su activación. Un funcionamiento incorrecto puede provocar el deslizamiento de las superficies de fricción, lo que supone un riesgo para la seguridad. Además, este tipo de mecanismo puede generar un ruido considerable durante su funcionamiento y somete los componentes a impactos y desgaste significativos, lo que requiere la sustitución frecuente de piezas.

2. Dispositivo antirretroceso de fricción

El dispositivo antirretroceso de fricción consta de dos partes principales: un embrague de rueda libre que identifica el sentido de giro y un conjunto de zapatas de freno. En este dispositivo, las zapatas de freno están unidas a los cuerpos de freno mediante remaches, y ambos cuerpos de freno sujetan el anillo exterior. Durante el funcionamiento normal de la bomba de tornillo (rotación en sentido horario), el dispositivo permanece inactivo. Cuando una parada repentina provoca un giro inverso, el mecanismo de accionamiento se invierte. En este estado, los rodillos se desplazan entre la rueda dentada y el anillo exterior, activando el dispositivo. El efecto de amortiguación resultante restringe la rotación de la rueda dentada, logrando así la función antirretroceso. Sin embargo, dado que el funcionamiento de este dispositivo suele requerir control manual, una manipulación incorrecta puede provocar fallos. Además, la sustitución de este dispositivo conlleva importantes riesgos de seguridad. Por consiguiente, su aplicación en pozos con bombas de tornillo es actualmente relativamente limitada.

3. Dispositivo antirretroceso tipo Sprag

El dispositivo antirretroceso de tipo sprag funciona según el principio de un embrague de rueda libre. Específicamente, durante el funcionamiento normal de la bomba de tornillo (rotación hacia adelante de la sarta de varillas), los sprags internos del dispositivo se alinean correctamente y permanecen desacoplados del anillo exterior, manteniendo el dispositivo inactivo. Cuando la bomba se detiene repentinamente y la sarta de varillas comienza a girar en sentido inverso, el par inverso resultante provoca que el dispositivo gire en la dirección opuesta. Esto hace que los sprags se alineen en sentido inverso, bloqueándolos contra el anillo exterior e impidiendo la rotación inversa de la sarta de varillas.

El dispositivo de tipo sprag tiene una construcción sencilla, es fácil de instalar, ofrece un buen control y funciona con alta seguridad, minimizando el riesgo de accidentes. Además, tiene una larga vida útil y no requiere reemplazos frecuentes de piezas. Su inconveniente es que no resuelve de raíz el problema de la rotación inversa. Si el par inverso supera la capacidad de los sprag, puede provocar su fallo y el mal funcionamiento del dispositivo. Asimismo, el mantenimiento diario de este dispositivo puede resultar engorroso.

4. Dispositivo antirretroceso de tipo hidráulico

El principio de funcionamiento del dispositivo antirretroceso hidráulico es similar al del sistema de frenado de un automóvil. Cuando la bomba de tornillo se detiene repentinamente y la sarta de varillas está a punto de girar en sentido inverso, el motor hidráulico del dispositivo se activa. La presión del fluido hidráulico empuja las pastillas de fricción contra un disco de freno, liberando gran parte de la energía potencial de rotación inversa y, por lo tanto, disipando la rotación inversa de la sarta de varillas.

Las ventajas del dispositivo hidráulico incluyen un funcionamiento estable y fiable, alta seguridad, ausencia de ruido y seguridad para el personal en obra. El mantenimiento, la sustitución y la revisión diaria son relativamente sencillos y seguros. Este tipo de dispositivo permite solucionar de forma más eficaz el problema de la rotación inversa, mejorando la seguridad operativa del sistema de bomba de tornillo. Sus desventajas son su elevado coste total y los estrictos requisitos de calidad para los componentes hidráulicos, lo que puede conllevar mayores costes de mantenimiento y sustitución. Si se producen problemas como la degradación del fluido hidráulico o fugas durante el funcionamiento, el rendimiento del dispositivo puede verse afectado, lo que requiere un mantenimiento periódico.

Medidas para abordar la rotación inversa de la cadena de varillas en Bomba de tornillo Pozos

1. Investigación y aplicación de dispositivos antirretroceso más seguros y fiables

El análisis de las causas de la rotación inversa de la sarta de varillas indica que los principales factores son la liberación de la energía potencial elástica almacenada en la sarta y el efecto de la diferencia de presión entre la tubería de producción y la de revestimiento. Si la rotación inversa no se controla eficazmente, especialmente a altas velocidades o durante periodos prolongados, puede provocar una serie de consecuencias graves e incidentes de seguridad, con riesgos significativos. Por lo tanto, se debe fortalecer la investigación y la aplicación técnica. Partiendo de los dispositivos antirretroceso existentes, se deben realizar mejoras para desarrollar e implementar dispositivos más seguros y fiables. Estos deben garantizar la liberación segura del par y la eliminación eficaz de la diferencia de presión durante las paradas repentinas de la bomba de tornillo, reduciendo así los riesgos de seguridad asociados. Es necesario un análisis exhaustivo de los principios de funcionamiento, las ventajas y las desventajas de los dispositivos antirretroceso comunes para realizar mejoras específicas. Esto mejorará la estabilidad y la fiabilidad de estos dispositivos, minimizará los riesgos de seguridad durante su uso y maximizará la seguridad operativa del equipo de la bomba de tornillo.

2. Aplicación de interruptores antirretorno de fondo de pozo

El uso de interruptores antirretorno de fondo de pozo permite abordar eficazmente la rotación inversa causada por fuerzas hidráulicas. El interruptor antirretorno de fondo de pozo consta de componentes como un disco, una bola, una varilla de empuje, un pasador de seguridad y un subconjunto de conexión. Su aplicación en el sistema de accionamiento de la bomba de tornillo reduce el par generado durante paradas repentinas, disminuye la velocidad de rotación inversa y mitiga la rotación inversa causada por la diferencia de presión entre la tubería de producción y la de revestimiento. Al disipar las fuerzas hidráulicas, ayuda a controlar la rotación inversa y evita el retroceso de la sarta de varillas. El interruptor antirretorno tiene una estructura simple, es económico y fácil de instalar. Su gran estabilidad, alta fiabilidad y amplio potencial de aplicación lo han convertido en un elemento ampliamente utilizado en el desarrollo de campos petrolíferos.

3. Fortalecimiento de la gestión de la seguridad en superficies

Para controlar eficazmente la rotación inversa, es fundamental no solo equipar los sistemas de bombas de tornillo con dispositivos antirretroceso adecuados, sino también mejorar la gestión de la seguridad en las operaciones de superficie e implementar medidas de protección para reducir las consecuencias adversas de la rotación inversa. Las medidas específicas incluyen:

① El personal deberá realizar inspecciones, mantenimiento y servicio diarios de los equipos de bombas de tornillo, mantener registros adecuados de gestión de equipos, acumular experiencia de forma continua y mejorar las capacidades de prevención de seguridad.

2. Implementar un monitoreo continuo del funcionamiento del sistema de bomba de tornillo para detectar rápidamente cualquier anomalía. Tomar medidas inmediatas para el diagnóstico y la resolución de fallas a fin de reducir la probabilidad de que se produzca una rotación inversa.

③ Establezca planes integrales de respuesta ante emergencias. En caso de inversión repentina de la rotación, active inmediatamente el plan de emergencia para reducir la probabilidad de incidentes de seguridad.