Anatomia do Pulso da Bomba de Lama

Anatomia do Pulso
da Bomba de Lama
| é usada paralelamente. A sincronização
de bombas é um processo em que os
cursos de múltiplas bombas são controlados para sincronizar seus pulsos e
reduzir o efeito combinado desses pulsos
despachando-se um pico quando as outras
bombas estão no seu menor nível. Entretanto, a sincronização das bombas ainda
deixa escapar uma tremenda quantidade
de pulsos no fluxo de lama e vibração em
alto mar. As tradicionais bombas de lama
tríplex tem se mostrado ineficazes com relação a fornecer adequadamente um fluxo
regular, apesar de medidas tomadas a esse
respeito. Para se reduzir as várias causas
dos pulsos nas bombas tríplex com seus
movimentos simples alternados, deve-se
primeiramente considerar a origem ou
origens dessas pulsações antes de poder
realmente minimizá-las de uma forma
significativa.
Pulsação na Entrada da Lama
Um dos primeiros lugares em que pode
Shaun White, WhiteStar Pump ocorrer pulsação é na boca de sucção ou
de entrada de lama da bomba. A lama
A análise de pulsação e os amortecedores podem ajudar entra através da tubulação de sucção e
a minimizar os danos aos sensíveis equipamentos de perfuração. preenche as camisas da bomba. É crucial
que a válvula de entrada abra e feche rapidamente de forma a permitir que a camisa
seja completamente preenchida durante o
Bombas de lama com amortecedores de pulsabombas quando mais de uma bomba de curso de sucção. O termo sucção pode ser
ção que reduzem vibração já existem há mais
acionamento elétrico usada paralelaenganoso porque a bomba seria superalide meio século. Até agora o mercado tem sido
mentada por uma bomba de impulsor,
dominado por modelos de bombas tríplex
de 40 anos de idade que possuem descargas
irregulares e vibração excessiva. Durante as
últimas quatro décadas, a indústria de perfuração tem aceitado as dificuldades dos pulsos
das bombas de lama e os problemas que eles
causam. Alguns desses problemas se devem
à má telemetria para perfuração direcional e
à vibração/harmônicos da plataforma em alto
mar. Os pulsos da bomba de lama podem ser
minimizados com o uso de amortecedores de
pulsação ou com a sincronização das ionamento elétrico é usada paralelamente.
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de forma que quando o pistão se movimenta para
trás, a bomba de carga empurra a lama para dentro
da cavidade do cilindro. À medida que o cilindro
recua no curso de retorno e a lama flui para seu
interior, o pistão se movimenta para trás a uma
velocidade não linear, começando na velocidade
zero e aumentando até a velocidade máxima perto
do meio do curso, e depois voltando para o zero no
final do curso quando a camisa está cheia de lama.
Este perfil de velocidade de onda senoidal significa
que a taxa de fluxo de um único cilindro em uma
típica bomba tríplex de 1.600 cv varia de zero, no
começo do recuo, a mais de três vezes a taxa de
fluxo média desse mesmo cilindro. A bomba de
carga deveria realizar mais do que a taxa de fluxo
bombeada, mas não deveria ser tão desproporcional a ponto de erguer a válvula de sucção antes
da hora. Alto volume de carga com baixa pressão
é o ideal. Amortecedores de sucção deveriam ser
implantados na tubulação de sucção para auxiliar
a bomba de carga a fornecer um volume adicional
à cavidade do cilindro quando o pistão atinge sua
velocidade máxima. Supondo-se que o curso do
enchimento seja realizado quase à perfeição, apenas um pequeno, mas significativo, par de pulsos
será produzido quando a válvula de sucção abrir e
fechar.
Vibração Devido à Rotação do Eixo de Manivela
A próxima, e provavelmente mais significativa,
fonte de pulsação se deve à característica de um
eixo de manivela em rotação. O movimento de
uma manivela em rotação a uma RPM constante,
quando convertido em um movimento linear do
pistão, sempre cria uma taxa de fluxo variável conforme o pistão acelera e desacelera. A natureza de
um cilindro impulsionado por um eixo de manivela é começar devagar e depois aumentar a velocidade na metade do curso e depois diminuir até parar
totalmente no final do curso. Por exemplo, o curso
começa a 0 fmp (pés por minuto) e acelera até 380
fpm no meio do curso e depois retorna a zero pés
por minutos, resultando numa taxa de fluxo média
de 275 gpm (galões por minuto). Contudo, o fluxo
máximo no cilindro na velocidade máxima de
380 fpm é de 871 gpm, mais que três vezes a taxa
média de fluxo do cilindro.
A Velocidade da Manivela a um RPM Contínuo para a Onda
Senoidal da Velocidade do Pistão
Rotação da Manivela em graus
Velocidade do Pistão em FPM (pés por minutos) versus Rotação
do Eixo de Manivela em Graus
GPM versus Rotação do Eixo de Manivela em graus
Rotação da Manivela em graus
Fluxo de Bomba Total versus rotação
do Eixo de Manivela em graus
Rotação da Manivela em graus
A Figura 2 mostra a velocidade constante de um eixo de manivela teórico em
rotação e a velocidade resultante de um
pistão sendo impulsionado pela manivela.
Quanto mais longo o curso, maior será
a velocidade máxima do pistão no meio
do curso. Este aumento de velocidade
durante a metade do curso é o motivo de
as bombas com pistões maiores terem um
menor RPM máximo para permanecerem
abaixo do padrão industrial de 381 fpm
para a redução do desgaste do pistão. Apenas algumas poucas empresas de bombas
afirmam atingir uma velocidade de pistão
maior do que 381 fpm no RPM máximo
da bomba. As Figuras 3A e 3B mostram
que a taxa do fluxo de descarga possui
uma variância significativa para cada
cilindro, e mesmo após a sobreposição dos
três cilindros, o fluxo resultante apresenta
grandes pulsos. Os pulsos provocados
por uma bomba defasada de 120 graus,
tal como a bomba tríplex, são irregulares
(conforme demonstrado na Figura 3B)
com relação aos seus picos ou amplitudes
máximas.
da mudança da taxa de fluxo durante um
Isto cria um pouco de confusão na
curso do pistão e da pressão exponencial
pressão da descarga como está exemresultante, os amortecedores de pulsação
plificado pelos picos aparentemente
são geralmente grandes, pesados, difíceis
idênticos seguidos por uma queda
de manusear e consomem muito tempo
simples e depois novamente os picos, e
quando recebem manutenção.
assim por diante. Como resultado desse
Embora um amortecedor de pulsação
pulso irregular, qualquer sistema de ampossa absorver muito da pulsação da
ortecimento será cíclico em amplitudes
bomba, a sua eficácia depende dos sealternadas, uma situação indesejável já
guintes fatores:
que os amortecedores de pulsação pos•Localização
suem dois pulsos de tamanhos diferentes
•Distância da fonte de pulsação
que eles devem reduzir..
•Não ser comprometido por barreiras
de fluxo
Amortecedores de Pulsação
•Não ser amortecido pelo filtro trans
Nesse momento, os pulsos resultantes
versal; com o amortecedor sobre o filtro
foram criados e terão de ser absorvidos,
transversal, parte da pulsação escapará
em parte, por algum sistema, tal como um
pelo buraco ao invés de ser removida
amortecedor de pulsação. Um amortecedor
pelo amortecedor
de pulsação, da maneira como é comu•Regularidade dos pulsos, para aj
mente implantado, depende de pressão
dar com a calibração adequada do a
diferenciada e partes móveis para absorver
ortecedor
as mudanças instantâneas na taxa de fluxo
que resulta da velocidade variável do
pistão. (Funciona de forma muito parecida
a um amortecedor de carro.) Por causa
Quadruplex “Quatro”. Quando você precisa
de mais das suas bombas de lama
•Eixo de Manivela: Totalmente montado e construído para durar a vida útil da bomba
•Compacto: Somente 82” x 290” x 110”
•Taxa de Fluxo de 1597 GPM
•Série: modelos de 800–2450 CV
•Quatro de 2450 V somente 49,000 libras
A bomba de lama mais compacta com a
maior taxa de fluxo e com a mais suave
descarga do mercado atualmente.
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•Calibração adequada
Houve pouca evolução nas bombas
tríplex e seus amortecedores de pulsação
durante muitos anos, mas algo que parece ser constante com as bombas tríplex
convencionais é o fato de que um pulso
e uma vibração serão notados.
A Solução Quadruplex
Algumas questões podem ser tratadas
com o uso de dois amortecedores de
pulsação numa bomba quadruplex ao
invés de usar as bombas tríplex convencionais. Uma bomba com um número
par de cilindros, em que a onda senoidal
esteja sobreposta nos pontos máximos
e mínimos, fornecerá um pulso de amplitude constante, o qual é repetitivo e pode
ser erradicado por amortecedores de
pulsação bem colocados. Isto é demonstrado pelo registro ao vivo da curva de
pressão de saída do quadruplex (Figura
3C), a qual é provavelmente a melhor
disponível para uma bomba de efeito
simples alternado atualmente.
Cada amortecedor está:
•Perto dos módulos de fluidos
•Localizado a montante do filtro, de
forma que o filtro não possa amortecer
ou bloquear o fluxo para o amortecedor
•Lidando com um pulso consistente
gerado por um par de cilindros
A pulsação ou pontas remanescentes na
pressão que não tenham sido removidas pelo amortecedor são criadas pela
mudança da taxa de fluxo mentionada
anteriormente, e infelizmente qualquer
pulso remanescente apresentará resultados muito mais sérios do que o esperado.
Por exemplo, o aumento de pressão ou
o pulso é proporcional à taxa de fluxo
ao quadrado. À medida que a taxa de
fluxo varia, a pressão do sistema de
broca varia devido à surgência adicional
ao longo da coluna de perfuração e por
meio das ferramentas e da pua dentro do
poço. A mudança de pressão resultante
Comparação da Pulsação da Bomba: Quatro versus Tríplex
Figura 3C. Registro ao vivo da curva de pressão de saída da
bomba de lama quadruplex
é muito maior que a mundança da taxa
de fluxo. À medida que a pressão muda
na camisa da bomba, o eixo de manivela sofre um torque maior durante a
metade do curso, quando o pistão está se
movendo da forma mais rápida, e isso
significa que os motores, sejam a diesel
ou elétricos, sentem o torque mudar. Isto
resulta num zumbido constante.
Esse zumbido é uma vibração diferente
e distinta, sentida mais intensamente
através das estruturas de aço num
ambiente em alto mar. Essa sobrecarga
transiente do eixo de manivela acontecendo constantemente por meio de
picos de torque constantes e repetitivos
criará uma trepidação devido à carga
irregular e acabará por provocar a falha
de uma manivela. Outro efeito dessa
frequente redução de velocidade do eixo
de manivela em cada rotação de uma
bomba tríplex é que, enquanto um cilindro está no auge do seu curso, o eixo
de manivela diminui ligeiramente a velocidade e reduz o curso dos outros dois
pistões que estão enchendo durante o
curso de retorno destes. Assim sendo, o
torque adicional criado por um curso do
pistão provoca variações de velocidade
nos demais pistões. Os futuros modelos
de bombas de lama deverão garantir
que nenhum pulso de identificação seja
necessário. Quando as bombas de lama
estiverem livres de pulsação, elas reduzirão dramaticamente as vibrações indesejáveis nos equipamentos de perfuração, o que beneficiará toda a indústria.
A experiência de Shaun White nesse
campo de perfuração e produção
em alto mar abrange quase quatro
décadas. White é atualmente o diretor de engenharia e desenvolvimento de produtos para a White Star
Pump, uma empresa sediada no
Texas que é fabricante e exportadora mundial de bombas de lama tríplex e quadruplex para as indústrias
de mineração e de perfuração de
petróleo e gás. Para maiores informações visite o www.whitestar.com.