BM MARK II

7/25/2019 BM MARK II

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UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO MARK II

INTRODUCCION

El bombeo mecánico es el sistema artificial de producción más utilizado a nivel

mundial. La función de este tipo de sistema artificial de producción es extraer fluidosmediante un movimiento ascendente-descendente, que se transmite por medio de la

sarta de varillas a la bomba colocada dentro de la TP en el fondo, cerca del

yacimiento. ic!o sistema, cuenta con un equipo superficial, denominado "#nidad e

$ombeo %ecanico&, la cual transmite la ener'(a proporcionada por el motor a una

bomba sub-superficial dentro del pozo.

)ay diferentes tipos de unidades mecánicas de bombeo, pero el presente estudio

enfatiza y describe la unidad %ar* ++.

inalmente, se dan recomendaciones sobre como seleccionar y aplicar

apropiadamente la #$% %ar* ++.

INTRODUCTION

T!e mec!anical pumpin' is t!e most used artificial production system orldide. T!e

function of t!is type of artificial production system is to extract fluid t!rou'! an

upard-donard movement, !ic! is transmitted t!rou'! t!e rod strin' to t!e pump

positioned it!in t!e production tubin' at t!e bottom, near to t!e reservoir. T!is

system !as a surface equipment, called "%ec!anical Pumpin' #nit&, !ic! transmits

t!e ener'y provided by t!e en'ine to a subsurface pump into t!e ell.

T!ere are different types of mec!anical pumpin' units, but t!e present study

emp!asizes and describes t!e %ar* ++ unit.

inally, recommendations are 'iven on !o to properly select and apply, t!e %ar* ++

%P#.

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1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

• onocer y desarrollar el tipo de unidad de bombeo mecánico %/01 ++.

1.2. Objetivos Espe!"ios

efinir bombeo mecánico y las unidades de bombeo mecánico 2#$%3.

escribir la 'eometr(a de las #$%, como ser la lase + y lase +++.

4aber los componentes de la #$% de balanc(n.

etallar la unidad de bombeo mecánico %ar* ++.

+ndicar la función, caracter(sticas, dise5o, venta6as y desventa6as de la #$%

%ar* ++ 2lase +++3.

2. #$RCO TE%RICO

2




2.1. Bo&beo #e'nio (B#)

El bombeo mecánico es el primer sistema artificial de producción que fueimplementado en la industria petrolera y por consi'uiente es el más usado en el

mundo.

El bombeo mecánico es un sistema artificial de producción que tiene como función

extraer fluidos mediante un movimiento reciprocante vertical, ori'inado en superficie

que se transmite por medio de la sarta de varillas a la bomba.

El $% opera eficientemente sobre un amplio ran'o de caracter(sticas de producción

de pozo, este sistema es considerado para poder producir vol7menes moderados

para profundidades someras y vol7menes peque5os para profundidades intermedias.

4i los fluidos del pozo no contienen ácido sulf7rico, o si se usan varillas de succión

especiales, es posible levantar 8,999 bpd desde aproximadamente 8:,999 pies de

profundidad. 4i los fluidos del pozo contienen ácido sulf7rico, el sistema de bombeo

mecánico puede levantar 8,999 bpd desde :,999 pies y ;99 bpd desde 89,999 pies

de profundidad.

La mayor(a de las partes del sistema de $% están certificadas por estándares

internacionales, los cuales !an sido establecidos por el /merican Petroleum +nstitute

2/P+3.

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Figura 1 Componentes Del Bombeo Mecánico

Fuente: VARGAS, C. !"1!#.

2.2. Uni*a* De Bo&beo #e'nio (UB#)

#na #$% es un mecanismo que imparte un movimiento reciprocante a una varilla

pulida, la cual a su vez es suspendida a la sarta de varillas de succión, deba6o del

prensaestopas de la cabeza del pozo. En la actualidad se encuentran disponibles

varios tipos de unidades, de los cuales sus componentes subsuperficiales de la

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mayor(a son los mismos, sin embar'o de sus componentes superficiales difiere. La

mayor(a de las unidades de bombeo mecánico utilizan el m<todo de contrabalanceo,

el cual en el mayor de los caos consta de pesos a6ustables a las manivelas de

rotación o bien de presión de aire empu6ando !acia arriba para levantar el balanc(n,cualquier tipo de sistema de contrabalanceo se opone al peso de la sarta de varillas

de succión y al de los fluidos.

2.2.1. Geo&etr!a De +as Uni*a*es De Bo&beo #e'nio

La unidad de bombeo es un mecanismo que imparte movimiento reciprocante a la

varilla pulida. En la actualidad existen varios tipos de unidades de bombeo. Los

componentes en casi todas las unidades son los mismos, lo que var(a es el dise5o.

Los diferentes tipos de unidades de bombeo se clasifican de acuerdo con la

distribución y localización de los elementos que inte'ran el equipo superficial. e

acuerdo con esto se distin'uen 'eometr(as diferentes que se clasifican en=

a3 L/4E +

b3 L/4E +++

a) C+$SE I

Este tipo de unidades tiene el reductor de en'ranes colocado en la parte trasera con

apoyo a la mitad del balanc(n. Está representada por la unidad convencional.

En la fi'ura ; se aprecia el apoyo 23 cerca del centro, el esfuerzo del motor principal

2E3 aplicado en el extremo del balanc(n y la resistencia de la car'a del pozo 203 está

aplicada en el extremo opuesto del balanc(n.

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Figura ! Geometr$a C%AS& '

Fuente: RAGA, (. !""1#.

b) C+$SE III

Este tipo de unidad tiene el reductor de en'ranes colocado al frente y se subdivide

en las unidades %ar* ++ y aerobalanceada. En la fi'ura >, puede observarse que el

esfuerzo 2E3 y la resistencia 203 se aplican en el mismo extremo del balanc(n con

relación al apoyo 23 en el otro extremo.

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Figura ) Geometr$a C%AS& '''


El +nstituto /mericano 2/P+3 identifica de acuerdo con la 'eometr(a y forma de la

estructura, por lo que !a desarrollado un m<todo estándar para la descripción de las

unidades de bombeo=

2.2.2. Uni*a*es De Bo&beo #e'nio De Balan!n

Esta unidad consta de cinco elementos principales=

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C – 320 – 256 -

Máximo reorri!o e"

*'+ D& -'DADC: Co"*e"io"'%A: Aero+'%'"e'!'(B: Co" o",r' #e(o e" e%+'%'""M: M'r.

Máxim' 'r&' !e !i(e/oe(,r$,$r'% e" ie",o( !e

Máximo or$e e" %' ''re!$,or' e" mi%e( #$%&-%+() e %e '!iio"' %' %e,r'D (i %' '' ,ie"e !o+%e




Estructura del balanc(n de bombeo.

%otor primario.

a6a de en'ranes.

4arta de varillas de succión. $omba subsuperficial.

El motor primario es la máquina que proporciona la potencia primordial a toda la

operación de bombeo? conectada a esta máquina esta la banda en @ que transmite la

potencia del motor a la ba6a de en'ranes que se encar'a de reducir la alta velocidad

que 'enera el motor a la velocidad requerida por la #$%. La estructura del balanc(n

se encuentra en superficie u convierte los efectos oscilatorios y rotatorios del

balanc(n y del motor en el movimiento oscilatorio lineal de la varilla situada al frente.

La primera varilla es la varilla pulida que se encuentra conectado a la sarta de

varillas? la bomba subsuperficial se encuentra ubicada en el subsuelo, cerca del

intervalo productor. /demás de los elementos esenciales mencionados arriba, las

#$% de balanc(n cuentan con miembros estructurales, co6inetes o apoyos y un

transmisor.

La estructura está conformada por el poste 4ampson, el balanc(n, la cabeza de

caballo, el i'ualador o compensador, y los brazos laterales 2bielas3. La base

estructural sirve como un elemento r('ido, el cual sostiene al poste 4ampson, al

reductor de en'ranes, y el motor primario.

El poste 4ampson está constituido por tres o cuatro patas de acero, debe de ser

suficientemente r('ido y fuerte para soportar por lo menos dos veces la car'a

máxima de la varilla pulida. El soporte central del poste 4ampson soporta al balanc(n,

este debe de resistir los esfuerzos causados por la car'a del pozo por un lado y la

fuerza actuante de las bielas por el otro.

La cabeza de caballo es suspendida al final del balanc(n y soporta la varilla pulida a

trav<s de una l(nea de acero y una barra portadora. La varilla pulida se mueve en




una l(nea recta tan'ente al arco de la cabeza de caballo? al otro lado del balanc(n

está el i'ualador y los brazos laterales de la biela. El movimiento rotatorio de las

manivelas, suspendidas al e6e de ba6a velocidad del reductor, es transferido al

balanc(n a trav<s del i'ualador y las bielas.

La banda en @ es el medio de transmisión entre el motor primario y el reductor de

en'ranes de la #$%. 4e provee una cubierta o 'uarda bandas para prote'erla de los

elementos y para la propia se'uridad del personal. /s( mismo la unidad está provista

de co6inetes estructurales que sirven como e6es de rotación de los diferentes

componentes de la unidad.

entro esta unidad encontramos la #$% onvencional, #$% %ar* ++, #$%

/erobalanceada, #$% )idroneumático y #$% 0otaflex.

2.,. UNID$D DE BO#BEO #EC-NICO #$R II

En este tipo de unidad su rotación es en contra a la de las manecillas del relo6, ya

que su sistema de lubricación en el reductor es exclusivamente para esta rotación. El

soporte de unión transversal, el cual es actuado por las bielas es movido !acia

adelante y es localizado muy cerca de la cabeza de caballo en lu'ar que

directamente sobre el ci'Ae5al del reductor de en'ranes. Los torques pico

normalmente más prominentes en la unidad convencional son reducidos en

ma'nitud.




Figura / -ni0a0 0e bombeo mecánico Mar ''

Fuente: CAMAC2, F. 3 C&RVA*&S, R. !"1)#.

2.,.1. /0nin Carater!stias 3 Dise4o *e la UB# #ar5 II (C+$SE III)

En la #nidad de $ombeo %ecánico %ar* ++, su balanceo es a trav<s de contrapesos

y su rotación es inversa a las manecillas del relo6, ya que su sistema de lubricación

en el reductor es exclusivamente para esta rotación. Bo debe operar en rotación

contraria porque da5ar(a considerablemente el reductor.

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En la fi'ura C, se representa una #nidad de $ombeo %ecánico %ar* ++ lase +++ en la

que puede observarse que el esfuerzo 2E3 y la resistencia 203 se aplican en el mismo

extremo del balanc(n con relación al apoyo 23 en el otro extremo. Esta es la llamada

unidad con monta6e frontal, en la cual se distin'uen las si'uientes caracter(sticas dedise5o=

a3 El compensador, que está colocado directamente encima del reductor, se

desplaza !acia delante cerca de la cabeza del balanc(n. Esto produce una

carrera ascendente y descendente de 8DC y 8FC respectivamente.

/simismo, la carrera ascendente de 8DC reduce la aceleración cuando la

car'a es máxima y, por lo tanto, se reduce la car'a máxima en la varilla

pulida. Gtra venta6a de colocar el compensador !acia delante, es que seobtiene una venta6a mecánica al levantar la car'a y se reduce la venta6a

mecánica durante la carrera descendente, es decir, el factor máximo de torque

durante la carrera ascendente se disminuye y durante la carrera descendente

se incrementa, debido a que el movimiento de la unidad %ar* ++ durante la

carrera ascendente, es más lento que el de la unidad convencional o de clase

+. Este movimiento más lento, reduce la car'a máxima que soporta la #nidad

de bombeo %ecánico ya que el movimiento no es brusco, y que la carrera

ascendente finaliza a los 8DC9 de rotación de la manivela, mientras que la

unidad de clase + lo realiza a los 8H99, durante la carrera descendente, la

unidad clase +++ realiza su movimiento final con los 8FC9 de rotación de la

manivela restantes, !aci<ndola más rápida para iniciar un nuevo ciclo.

b3 Los contrapesos están colocados en forma descentrada 2con un cierto án'ulo3

en la manivela. Esto produce un torque de contrabalanceo que al principio de

la carrera ascendente se "retarda& del torque del pozo, por I J

aproximadamente. En forma similar, al inicio de la carrera descendente, el

torque de contrabalanceo queda "adelantado& aproximadamente I J.

on las modificaciones anteriores, se consi'ue que la unidad traba6e i'ual durante la

carrera ascendente y descendente de la varilla pulida y al mismo tiempo se reduzcan

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las carreras. /demás, se obtiene un sistema de #B+TG0K#E que produce una

reducción del torque máximo requerido !asta en un :9.

La car'a descendente y la desaceleración más rápida de esta unidad, resulta en unamayor carrera efectiva del <mbolo. Esta caracter(stica requiere que en muc!as

ocasiones se reduzca li'eramente la velocidad de bombeo, cuando la car'a m(nima

en la varilla pulida cae deba6o de cero durante la inversión del movimiento en el

fondo de la carrera. La carrera descendente más lenta de la unidad convencional,

'eneralmente produce una menor carrera efectiva del <mbolo.

La unidad %ar* ++ reduce la car'a máxima más de lo que reduce la car'a m(nima, lo

que si'nifica que normalmente se tendrá un ran'o menor de car'as que con la

unidad convencional, lo que tiende a aumentar la vida de las varillas y a reducir la

p<rdida de producción debido al menor mantenimiento por fallas de varillas. Esto se

refle6ará en un a!orro en costos operacionales? otra reducción que se tiene en este

tipo de unidades es en el costo de electricidad, ya que como la demanda de torque

es más uniforme, 'eneralmente, se requiere el uso de un motor más peque5o, el

cual, si es el<ctrico, requerirá menor ener'(a.

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Figura 4 -BM MAR5 '' 6 C%AS& '''


2.,.2. Ventajas 6 Desventajas

Ventajas

• Tiene ba6o torque en muc!os casos 2varillas de acero3.

• Puede ba6ar costos 2C-893 con respecto al si'uiente tama5o de la unidad

convencional.

• Es más eficiente que las #$% en la mayor(a de los casos.

• ostos de electricidad reducidos.

Desventajas

• En muc!as aplicaciones no puede bombear tan rápido como la convencional

por que puede causar problemas de fallas en las varillas, esto debido a su

velocidad en la carrera descendente.

• Puede experimentar torques más altos que la convencional con varillas de

fibra de vidrio.

• Puede 'irar solamente en sentido contrario a las manecillas del relo6.

• Puede causar más da5o a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.

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• Puede someter a la sarta de varillas en el fondo del pozo a severa compresión

que puede causar fallas por pandeo.

,. CONC+USIONES 3 RECO#END$CIONES

,.1. CONC+USIONES

En conclusión, el sistema de bombeo mecanico es el sistema mas accesible ya que

no requiere de muc!a infraestructura, cuenta con 'ran variedad de !erramientas y

accesorios que permiten mane6ar tanto las condiciones superficiales como las

subsuperficiales, prácticamente puede ser utilizado en cualquier pozo.

La unidad de bombeo mecánico %ar* ++, por su dise5o requiere menos ener'(a que

uno convencional para levantar la misma car'a de fluidos. Pues, en la #$% %ar* ++,

las contrapesas están colocadas en una manivela de doble brazo, separados y

opuestos a la manivela de los pines con un án'ulo de desfase que oscila entre 8D y

;H 'rados.

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Por ultimo, la unidad %ar* ++, debido al desfase an'ular, es más rápido en la carrera

descendente lo que se traduce en mayor aceleración y menores car'as en la barra

pulida.

,.2. RECO#END$CIONES

/l momento de seleccionar un balanc(n como el %ar* ++, tener los si'uientes criterios=

- Los equipos deben ser capaces de mane6ar la producción disponible.

- Los equipos de superficie deben soportar las car'as ori'inadas por los fluidos y

equipos de bombeo de pozo.

- actibilidad de disponer de las condiciones de bombeo en superficie adecuada.

- La profundidad del pozo es un factor determinante de los esfuerzos de tensión, de

elon'ación y del peso.

- /fecta las car'as ori'inadas por los equipos de producción del pozo.

- Mrandes profundidades necesitan el empleo de bombas de subsuelo de lar'os

recorridos.

BIB+IOGR$/I$

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D$TOS DE INTERNET

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!ttp=es.slides!are.netmobile'abosocorroproduccin-;-bombeo-mecanico

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