Bombeo Mecanico

BOMBEO MECÁNICO

MATERIA:

PRODUCTIVIDAD DE POZOS

DOCENTE:

ING. ANGEL MANUEL UTRERA ACEITUNO

PRESENTAN:

DIEGO ANTONIO NUÑEZ FUENTES

HANSSEL HERNANDEZ PELAYO

CHRISTIAN AVALOS HOIL

SISTEMA ARTIFICIAL DE PRODUCCIÓN (SAP)

oEl propósito de SAP es reducir la presión de fondo

fluyente para que la formación (reservorio) pueda

entregar la tasa de flujo deseada.

oLa mayor parte de la caída de presión en el sistema de

producción esta relacionada con la diferencia de

elevación entre la profundidad del reservorio y las

facilidades superficiales. Por esta razón, la mayoría de

los SAP usan una fuente externa de energía para ayudar

al reservorio a superar las perdidas de presión que

ocurren en el sistema después de las perforaciones

BOMBEO MECÁNICOEl Sistema artificial de producción de Bombeo Mecánico tiene como objetivo elevar los fluidos a la superficie cuando el pozo ha dejado de fluir por la presión natural de yacimiento. Partiendo desde el nivel dinámico y un nivel neto del pozo, se efectuaran los cálculos necesarios para el diseño de la instalación con un mínimo de:

• Torsión.

• Carga en la varilla pulida.

• Rango de cargas en las varillas.

•Requerimientos de potencia del motor principal.

• Costos de combustible o energía.

• Costo de mantenimiento de la unidad.

• Roturas de varillas.

• Producción diferida por r

• Costo de instalación.

• Costo inicial.

BOMBEO MECÁNICO

Adicionalmente, el Sistema de Bombeo Mecánico debe ser resistente, de larga vida, eficiente, fácil y barato de transportar; silencioso, no contaminante, y seguro de instalar y de operar.

Las partes esenciales del sistema de bombeo mecánico son:

1) El equipo superficial de bombeo (U.B.M.) y las conexiones superficiales.

2) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios.3) La sarta de varillas de succión.4) La tubería de producción (T.P.) y accesorios para bombeo mecánico.

RECOMENDACIONES

Aplicación

No se recomienda

Tiene su principal aplicación en el ámbito mundial en la producción de crudos pesados y extra pesados, aunque también se usa en la producción de crudos medianos y livianos.

En pozos desviados y tampoco es recomendable cuando la producción de sólidos y/o la relación gas – líquido sea muy alta, ya que afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

PARTES DEL SISTEMA MECÁNICO DE BOMBEO

En Superficie:

Motor Reductor de engranes Unidad de bombeo superficial Cabezal y conexiones superficiales

En Subsuelo:

Bomba Sarta de varillas

MOTOR ELÉCTRICO

- Bajo costo inicial.- Menor costo de mantenimiento

MOTOR DE COMBUSTIÓN

- Control de velocidad más flexible.

Es el encargado de suministra la energía necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de pozo. Los motores pueden ser de combustión interna o eléctricos.

Tipos de motores:

Motor


Función: Este dispositivo permite cambiar por medio de engranajes la alta velocidad angular entregada por el motor a un mayor toque suficiente para permitir el movimiento del balancín, para llegar a una velocidad de bombeo adecuada.

Reductor de Engranes.


Unidad de Bombeo Superficial.

1. Transfiere la energía del motor principal a la sarta de varillas.

2. Convierte el movimiento rotatorio del motor a uno reciprocante u oscilatorio.

3. Reduce la velocidad del motor a una velocidad adecuada de bombeo

4. Mantiene la verticalidad de la varilla pulida.


Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

Existen diferentes tipos de unidades de BM, entre otras:

-La de balancín (BIMBA).- La Hidroneumática de bombeo reciprocante

(TIEBEN) - La de carrera larga (ROTAFLEX).

Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBM’s, su función es convertir el movimiento rotativo de un motor en un movimiento reciprocante.


Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

BIMBA: En una Bimba el motor mediante el reductor de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín.

UBH: En una UBH el motor mueve una bomba hidráulica para que mediante el sistema hidráulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos hidráulicos)


Geometría de las Unidades (BIMBA)

• CLASE I Unidad Convencional

• CLASE III Aero balanceada • MARK II


Cabezal y Conexiones Superficiales

En el cabezal del pozo se utilizan válvulas para el control y manejo de los fluidos, así como accesorios para la operación del equipo de bombeo mecánico y el aparejo de producción.


Bomba Subsuperficial

Desplazar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie por el interior de la tubería de producción.

Componentes:

1)Barril de trabajo /camisa dela bomba 2)Émbolo o pistón3)Válvula viajera4)Válvula de pie o estacionaria


El API ha desarrollado un método para la designación de las bombas de subsuelo

20-125-R H B C-10-4-2Diámetro de la tubería15= 1.9” OD20= 2-3/8” OD25= 2-7/8” OD30= 3-1/2” OD

Diámetro ID de la bomba125= 1-1/4”150= 1-1/2”175= 1-3/4”200= 2”225= 2-1/4”250= 2-1/2”275= 2-3/4”

Tipo de barril para pistón metálicoH= de pared gruesa

W= de pared delgadaTipo de barril para pistón soft packed

S= de pared delgadap= de pared gruesa

Longitud total de las extensiones en pies

Longitud nominal del pistón en pies

Longitud del barril en pies

Tipo de anclajeC = CopasM = Metálico

Localización del anclajeA = en el TopeB = en el fondo

Tipo de bombaR = InsertaT = Tubería

Ciclo de Bombeo Mecánico

(a)El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera. (b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.

La Bomba Reciprocante

Está compuesta de dos partes principales: el émbolo y el barril (con sus válvulas).

Ciclo de bombeo:1.Émbolo hacia abajo cerca del final de la carrera, el fluido pasa a través del la válvula viajera, el peso de la columna es soportado en la válvula de pie.2.Émbolo hacia arriba arrastrando los fluidos arriba de la válvula viajera, la válvula de pie admite fluidos del yacimiento.3.Émbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, válvula de pie abierta y viajera cerrada.4.Émbolo hacia abajo, válvula de pie cerrada por la compresión, la válvula viajera se abre por el mismo efecto.

Sarta de Varillas

-La sarta de varillas de succión es un sistema vibratorio complejo mediante el cual el equipo superficial transmite energía o movimiento a la bomba subsuperficial.

-La selección de la sarta de varillas depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operación de este.

-Su diseño consiste en seleccionar la sarta más ligera y por lo tanto más económica, sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas.

- El esfuerzo de trabajo depende de la composición química de las varillas, propiedades mecánicas y fluido bombeado.

PARTES DEL SISTEMA MECÁNICO DE BOMBEO SUBSUELO

Ejemplo: Varilla API No. 86

Clases de varillaClase K- Resistente a corrosión

- Clase CResistente a corrosión, trabajo pesado - Clase DTrabajo extra pesado sin H2S

VENTAJAS:

Fácil de operar y de hacer mantenimiento.

Puede ser usado durante toda la vida productiva del pozo.

Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la máxima producción.

Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento artificial.

Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie.

Puede levantar petróleos de alta viscosidad y temperatura.

Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de supervisión de bomba.

Puede utilizar gas o electricidad como fuente de poder.

DESVENTAJAS:

o Es problemático en pozos con alta desviación.

o Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gas libre a la entrada de la bomba

o La unidad de superficie es pesada, necesita mucho espacio y es obtrusiva al ambiente.

o Es obtrusivo en áreas urbanas. Peligro para las personas.

o No puede funcionar con excesiva producción de arena.

o Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio la profundidad puede ser una limitante.

DESVENTAJAS:

• Productividad

Los equipos deben ser capaces de manejar la producción disponible. Los equipos de superficie deben soportar las cargas originadas por los fluidos y equipos de bombeo de pozo.

Criterios para la Selección de un Balancín.

• Profundidad

La profundidad del pozo es un factor determinante delos esfuerzos de tensión, de elongación y del

peso.

TIPOS DE BALANCÍN

Unidad Convencional

Unidad Mark II

Unidad AERO BALANCEADA

EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEO MECÁNICO DESCRIPCIÓN

Su función es transferir energía del motor principal a la sarta de varillas de succión a través de la Unidad de Bombeo Mecánico para hacer esto, el equipo debe cambiar el movimiento rotatorio del motor principal, a un movimiento reciprocante en las varillas de succión y debe reducir la velocidad del motor principal a una velocidad adecuada de bombeo. La reducción de velocidad se logra en el reductor de engranes, y al resto del equipo concierne el cambio de movimiento rotatorio en reciprocante.

La unión directa entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial, es la varilla pulida. La varilla pulida está disponible en tres tamaños y para cualquier instalación en particular, ese tamaño depende del diámetro de la tubería de producción y del diámetro de las varillas de succión en la parte superior de la sarta la varilla pulida pasa a través de un estopero y el fluido que ha sido elevado

EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEOPasa a través de una conexión tipo “T” hacia las conexiones superficiales y estas a su vez a una línea de descarga hasta la batería de separación.

La varilla pulida va unida al cable colgador a través de una mordaza que sujeta a la misma después de recuperar el peso de la sarta de varillas, procurando darle el espaciamiento mínimo entre la válvula viajera y válvula de pie para evitar que la bomba succione gas y a la vez no golpee la válvula guía con el conector (que no se escuche golpeteo en la superficie).

El peso de la sarta de varillas, del fluido y las tensiones y fricciones en la misma, son soportadas por la mordaza que aprieta a la varilla pulida. Esta mordaza recarga sobre el elevador, que es sostenido por el cable colgador. El cable colgador va sujeto a la cabeza de caballo colocado en el extremo del balancín. El diseño apropiado de estos componentes, la nivelación y la alineación de la U.B.M. con respecto al árbol del pozo, aseguran el viaje vertical de la varilla pulida a través del estopero, reduciendo el desgaste de los hules, manteniendo un buen sello y evitando fugas de fluido en la superficie.

EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEO

El poste Sampson sostiene al balancín en cierto punto de este, dependiendo de la geometría de la Unidad de Bombeo Mecánico, el movimiento del balancín se transmite por medio de la biela, la cual recibe el movimiento de la manivela; la distancia de la flecha del reductor al cojinete de la biela (muñón), define la longitud de carrera de la varilla pulida.

UNIDAD CONVENCIONAL

En la Unidad de Bombeo Mecánico convencional, su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la unidad), es en contra del sentido de las manecillas del reloj; puede operar en sentido contrario, ya que la rotación de los dos lados dá lubricación a los engranes del reductor pero no es correcto, ya que debe tener el mismo sentido de giro del motor eléctrico.

Tipos de Balancín

VENTAJAS

Tiene bajo costo de mantenimiento Costos menores que otro tipo de

unidades. Puede girar en el sentido de las

manecillas del reloj y contrario. Puede bombear más rápido que la

Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo

que la Mark II.

DESVENTAJAS

o En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.

o Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).

UNIDAD MARK II

En la Unidad de Bombeo Mecánico Mark II, su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la unidad), es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricación en el reductor es exclusivamente para esta rotación. No debe operar en rotación contraria porque dañaría considerablemente el reductor.

VENTAJAS

Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero).

Puede bajar costo (5 a 10 %) comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.

DESVENTAJAS

o En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rápido como la Convencional.

o Puede girar solamente en sentido contrario a las manecillas del reloj.

o Puede causar más daño a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.

Tipos de Balancín

UNIDAD AERO BALANCEADA

En la Unidad de Bombeo Mecánico Aero balanceada, el balanceo es a través de aire suministrado por un motocompesor hacia un cilindro amortiguador. El motocompesor se calibra a un paro y a un arranque automático, dependiendo del peso de la sarta de varillas para que el motor principal opere sin esfuerzos. Su rotación y el sistema de lubricación del reductor es igual al de la unidad convencional.

Tipos de Balancín

VENTAJAS

Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades.

Los costos de envió son mas bajos que otras unidades (debido a que pesa menos)

Puede rotar tanto en sentido horario como antihorario.

DESVENTAJAS

o Son más complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).

o La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio problema.

o La caja de engranaje podría dañarse si el cilindro pierde la presión de aire.

UNIDAD HIDRONEUMÁTICA TIEBEN

Sistema Hidráulico.- Consta de un Cilindro Hidráulico de efecto doble (1), una Válvula de Control Direccional de cuatro vías (2) y una Bomba Maestra de Engranes (3). Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial (

Sistema de Balanceo Hidroneumático.- Consta de un Cilindro Hidráulico de efecto simple (4), un paquete de Tanques de Nitrógeno (6), un Cilindro Hidroneumático de efecto doble (5) (acumulador), y una Bomba Auxiliar de Engranajes (7) ver figura 5. Este balanceo funciona en base a dos magnitudes: una constante y otra variable.

La Constante.- Es la cantidad de fluido hidráulico necesario para ocupar la mitad de los dos cilindros, por debajo de cada embolo y el tubo que los comunica: 5 galones en unidades de 60” de Carrera, 10 galones en unidades de 120” y 15 galones en las de 180”.

La Variable.- Es la cantidad de nitrógeno que se aplica a los tanques y a la parte superior del acumulador, la cual seráJ proporcional al peso de la sarta de varillas de succión, junto con la columna de crudo. Este sistema equivale a los contrapesos de las unidades convencionales y Mark II, y al cilindro neumático de las unidades Aero balanceadas.

La presión del nitrógeno sobre la parte superior del émbolo del acumulador equivale al peso de la sarta. El sistema hidráulico descrito al principio, se encarga de romper este equilibrio en uno y otro sentido alternativamente, o sea, en la carrera ascendente y en la descendente.

RANGO DE OPERACIÓN

Variable Unidades BMCmecánico

BECelectro

centrifugo

PCPPor

cavidades progresivas

BNneumático

BHJHidráulico

tipo jet

Profundidad Metros 30 – 3,500 330 – 3,300 700 – 1,500 1,600 – 3,300 1,600 – 3,300

Volumen BPD 5 – 1,500 200 – 20,000 5 – 2,200 100 – 10,000 300 – 4,000

Temperatura F 100 – 350 100 – 275 75 – 185 100 – 250 100 – 250

Eficiencia % 50 50 60 – 80 15 15

Densidad API > 8 > 10 < 45 >15 > 8

Angulo del Pozo

/30 m < 15 10 < 15 < 20 < 24

Desviación del Pozo

ángulo 0 - 20 < 9 0 - 20 0 - 50 0 - 20

1.2.2 SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO (BH)

El principio de funcionamiento del sistema de BH se basa en transmitir potencia mediante el uso de un fluido presurizado a

través de la tubería, este fluido es conocido como fluido de potencia o fluido motriz, este fluido es utilizado por una bomba

subsuperficial, la cual transforma la energía del fluido en energía potencial o de presión para el fluido producido, el cual será

enviado a la superficie.

Definiciones de la tabla: La profundidad vertical verdadera (“TVD ”) de un pozo es la:

distancia desde el fondo del pozo hasta la superficie en línearecta.

Bpd: barriles por día

GRACIAS POR LA ATENCION PRESTADA

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