مضخة غاطسة
استخدامها في آبار النفط

تُستخدم المضخات الغاطسة في عمليات إنتاج النفط لفعَاليتِها مقارنةً بعملية الإستخراج الميكانيكية (الرفع الميكانيكي)، فالغطاسات قادرة على العمل عبر نطاق واسع من مستويات التدفق العالية والأعماق.
يتكون نظام المضخة الغاطسة من عناصر سطحية أو -خارجية- (أي على سطح الأرض حيث توجد في منشأة الإنتاج، كمنصات النفط مثلًا). وعناصر تحت سطحية أو -داخلية- (أي تحت سطح الأرض حيث توجد في حفرة البئر ). ومن العناصر السطحية هي وِحدة التحكم بسرعة المحرك (غالبًا ما تكون محول التردد)، والكابلات الخارجية ومحولات الجهد. أما العناصر الموجودة تحت السطح فأثناء تواجدها على السطح يتم إنزالها حتى نهاية البئر عن طريق ربطها بسلسلة من الأنابيب.
توصل المضخة بمصدر تيار متردد عالي الجهد (3 إلى 5 كيلو فولت) حيث يكون المصدر على السطح والمحرك تحت السطح. حتى وقت قريب كان تركيب المضخات الغاطسة مُكلِفًا بسبب الحاجة إلى كابل كهربائي يمتد من المصدر حتى المحرك ثم لابد من لف الكابل حول الأنابيب التي يتم إنزالها في البئر ثم يتصل ببعضه البعض عند كل مِفصل أنبوب. أما في الوقت الحاضر تستعمل الأنابيب الملفوفة (coiled tubing umbilicals) فهذا النوع من الأنابيب يسمح بنشر كلٌ من الأنابيب والكابلات الكهربائية باستخدام مجموعة واحدة فقط من الأنابيب الملفوفة. ويمكن أيضًا أن تتضمن كابلات لبيانات الاستشعار والتحكم أي ليس حكرًا على كابل الطاقة فقط.
غالبًا ما تحتوي العناصر الموجودة تحت السطح على جزئين اثنين هما المضخة والمحرك، يتواجد المحرك في أسفل البئر فيقوم بتدوير عمود محور الدوران المتصل ميكانيكيًا بعَنَفَات المضخة لرفع السوائل عبر أنابيب الإنتاج إلى السطح. يجب التأكد من أن تعمل هذه العناصر بكفاءة عند درجات حرارة عالية تصل إلى 300 °ف (149 °م) وضغط عالي يصل إلى 5000 رطل (34 ميجا باسكال) وأن تتحمل أعماق الآبار التي يصل عمقها إلى 12,000 قدم (3.7 كـم) وأيضًا أن تستوعِب طاقة عالية تصل قوتها إلى 1000 حصان (750 كيلوواط).
يستعمل للآبار النفطية المضخة الغاطسة ذات المراحل المتعددة ويمكن تحديد عدد المراحل بما يتوافق مع متطلبات التشغيل. فتحتوي كل مرحلة على دفّاعة وناشِر (diffuser). توصل كل دفّاعة بمحور الدوران فتعمل على تسريع السائل باتجاه الخارج. ثم يدخل السائل إلى ناشر ثابت أي غير متصل بمحور الدوران ويحتوي على عنفات تقوم بتوجيه السائل نحو المرحلة الأخرى لتكرار العملية فحينئذٍ يرتفع ضغط السائل عبر مراحل المضخة حتى يصل إلى القمة.
تُصنّع المضخات بأقطار مختلفة تبدأ من 90 ملم (3.5 بوصة) إلى 254 ملم (10 بوصة) ويتراوح طولها بين 1 متر (3 قدم) إلى 8.7 متر (29 قدم). عادةً ما يستخدم لتشغيل هذه المضخات محرك حثي ثلاثي الأطوار مع عضو دوار ذو القفص السنجابي، بمعدل قدرة بين 7.5 كيلوواط إلى 560 كيلوواط (بتردد 60 هرتز).
أثناء تجميع عناصر المضخات الغاطسة مع بعضها البعض قد يوضع أيضًا بعض المواد الأخرى منها: موانع تسرب تركب على العمود الواصل بين المحرك المضخة. حواجز لمنع دخول الرمال وفاصِل موائِع عند مدخل المضخة لفصل الغاز والزيت والماء.
تقل كفاءة المضخة الغاطسة كثيرًا عند تواجد الكثير من الغاز، أكبر من ما يقارب 10% من حجمها عند مدخل المضخة، لذلك قد يكون من المهم أن يُفصل الغاز عن الزيت قبل دخوله المضخة.
تحتوي بعض المضخات الغاطسة على فاصل للماء والزيت يسمح هذا الفاصل بإعادة حقن الماء في قاع البئر. حيث أن بعض الآبار تنتج ما يصل إلى 90% من المياه، وكما أن استخراج السوائل ذو تكلفة عالية، فعليه عند إعادة حقن المياه قبل رفعها إلى السطح يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة وهذه الطريقة أفضل اقتصاديًا. ونظرًا لسرعة المضخات الغاطسة العالية التي تصل إلى 4000 دورة في الدقيقة (67 هرتز) والممرات الداخلية الضيقة فهي لا تتحمل المواد الصلبة مثل الرمل.
جدير بالذكر أن هناك ما لا يقل عن 15 علامة تجارية للمضخات الغاطسة تستخدم في حقول النفط حول العالم.