Systèmes d'entraînement hydrauliques pour pompes à piston

Dans presque tous les forages pétroliers et gaziers, ainsi que dans les opérations de forage de lignes électriques, une pompe à piston, triplex ou à boue doit être utilisée. Ces trois termes sont synonymes d'une conception de pompe à plusieurs pistons entraînée par vilebrequin, capable de débits et de pressions élevés. L'objectif principal de la pompe est d'assurer la lubrification et le refroidissement du trépan, le contrôle de la pression du puits et l'élimination des déchets de forage du trou. Les conditions du processus de forage changent constamment pendant l'exploitation, notamment la profondeur, la dureté du sol, la qualité de la boue, la direction du forage, etc. La pression de boue requise reflète les changements de tous ces paramètres.

Avec toutes ces variables, il est essentiel de contrôler la pression et le débit de la boue de manière rapide et précise. Les sources d'énergie les plus courantes pour les pompes à boue sont les boîtes de vitesses mécaniques, les transmissions à chaîne avec un moteur diesel ou un moteur électrique comme moteur principal. La conception de la transmission mécanique rend le contrôle de la pression et du débit de la boue plus difficile, car l'opérateur de forage doit continuellement ajuster la pression en modifiant le débit en conséquence. Cette tâche est effectuée soit en changeant la vitesse de transmission, en installant des pompes à boue supplémentaires ou en ajustant la puissance du débit de pompage avec d'autres moyens.

Les pompes à boue les plus répandues sont les pompes à piston à 3 pistons avec un vilebrequin typique. La plupart de ces pompes ont un rapport de transmission mécanique intégré de 3:1 ou 5:1. L'arbre d'entrée à grande vitesse est ensuite entraîné par un moteur diesel ou un moteur électrique via une conception de changement de vitesse. La vitesse maximale du vilebrequin varie en fonction de la conception et de la taille, mais une valeur courante à pleine puissance est d'environ 100 à 150 tours par minute (tr/min) pour les pompes à boue et jusqu'à 400 tr/min pour les pompes à ciment. La vitesse de fonctionnement normale est inférieure et la vitesse moyenne de 50 à 150 tr/min est la plus courante. Le changement de vitesse ou le régime du moteur diesel permet de contrôler le débit. Le défi consiste à maintenir une pression constante dans le puits, qui dépend des différentes demandes de débit.

La puissance (ch) est la puissance, la vitesse est la vitesse et le couple est le couple. Aucune sauce magique ou secrète ne donne à un système d'entraînement un énorme avantage sur l'autre. L'une des nombreuses options est un système d'entraînement hydraulique.

Exigences relatives à l'entraînement de la pompe à piston

Inconvénients du système d’entraînement hydraulique

En règle générale, le coût initial du système d'entraînement hydraulique est le facteur le plus important à prendre en compte lors du choix du système d'entraînement de pompe à piston à installer. Il est important de comprendre les avantages et les inconvénients de chaque variateur ainsi que le type de contrôle requis dans l'application de la pompe.

Boucle ouverte, volume variable

Cette conception de système consiste en une pompe à volume variable et à pression compensée, entraînée par un moteur principal avec des soupapes de commande traditionnelles, telles que des soupapes de commande électroproportionnelles en ligne pour le contrôle de la vitesse et de la direction du moteur. Des contrôleurs de pompe supplémentaires, tels que la détection de charge et la limitation de puissance, sont disponibles pour ajuster le débit de la pompe en fonction des changements dans le système en aval. Ces types de contrôles peuvent tous contribuer à un système plus réactif et plus efficace. Ce type de conception de système comprendrait également une régulation de surpression pour un contrôle maximal du couple et une capacité de calage, des capteurs de pression et de débit, ainsi que des composants typiques de conditionnement des fluides pour la filtration et le refroidissement. Lorsque le moteur ne tourne pas, la pompe variable s'arrête et reste en attente de pression, attendant qu'une chute de pression dans le système revienne en course. Le renouvellement de l'huile dans le système est directement lié au débit de sortie de la pompe.

Une conception de réservoir typique nécessiterait un rapport de 3:1 entre le débit de pétrole et le stockage de pétrole. Ce type de système peut être contrôlé via un automate programmable (PLC) capable de surveiller la vitesse et la pression, permettant ainsi le contrôle du système à la volée. Cette conception de système est efficace et le plus souvent mieux comprise par les agents de maintenance.

En boucle fermée, hydrostatique

Cette conception de système est une autre méthode d’entraînement hydraulique qui offre des avantages distincts par rapport à la conception en boucle ouverte et offre une efficacité plus élevée. Dans la conception en boucle fermée, la vitesse et la direction du moteur sont contrôlées par une pompe bi-axe à volume variable entraînée par un moteur principal. Les vannes de régulation de pression peuvent toutes faire partie de l’ensemble pompe et ne doivent pas nécessairement être installées en ligne. Le moteur est en boucle fermée, les sorties de la pompe avec le volume d'huile utilisé pour acquérir la vitesse donnée du moteur retournant de l'autre côté de la pompe. La pompe primaire est suralimentée par une petite pompe à cylindrée fixe qui charge la boucle avec le débit utilisé dans le circuit de commande de la pompe et compense le débit des fuites dans la pompe et le moteur, remplissant ainsi la boucle.