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1. BOMBEO MECNICO. 1.1 Principio de funcionamiento.

Este tipo de levantamiento artificial utiliza una bomba con un embolo de desplazamiento positivo y una unidad impulsora en la superficie, con un acople mecnico, incluyendo un balancn pivoteado que convierte el movimiento giratorio del motor en un movimiento oscilante. La bomba en el fondo del pozo y la unidad de superficie estn conectadas por medio de una sarta de varillas, las cuales realizan continuamente un movimiento oscilante.

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1.2 Componentes de una unidad de bombeo mecnico

1.2.1 Equipo de superficie

a. Motor: Puede ser elctrico o de combustin interna, su funcin es imprimir

movimiento a la unidad de bombeo. Su requerimiento de potencia depender de la profundidad y de otras caractersticas propias del pozo.

b. Estructura: Comprende la Base de la Unidad, el Poste Maestro y el Balancn.

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c. Caja Reductora: Su funcin es reducir la alta velocidad y bajo torque del motor a las revoluciones de trabajo y alto torque de la Unidad de Bombeo.

d. Contrapesas: sirven para balancear o contrarrestar el peso de las varillas mas la columna de lquido.

e. Crank: Recibe el movimiento rotatorio del eje de baja velocidad de la Caja Reductora.

f. Brazos o Bielas: Transmiten el movimiento del Crank hacia la Barra Escualizadora.

g. Cojinetes: (Central y Lateral), el primero transmite el movimiento entre el Poste Maestro y el Balancn y el segundo transmite el movimiento entre el Balancn y las Bielas a travs de la Barra Escualizadora.

h. Cabezal: Ubicado en uno de los extremos del balancn y mantiene la barra

lisa verticalmente por medio de su curvatura que es un segmento de un crculo.

i. Guaya: Sirve para unir el Cabezal con la Barra Lisa.

j. Aguila: Es un bloque de hierro que va unido a la guaya y de donde cuelga la barra lisa.

k. Freno: Sirve para posicionar el balancn en un punto deseado despus de quitar el movimiento que le imprime el motor a la Unidad de Bombeo.

l. Barra Lisa: Se conecta siempre con la parte superior de sarta de varillas y consiste en una barra pulida, la cual hace sello con los empaques de la caja de empaques para que no ocurran escapes de crudo.

m. Caja de Empaques: Es una conexin que se emboca en la T de Produccin y sirve para evitar escapes de crudo por el movimiento ascendente y descendente de la Barra Lisa.

n. T de Produccin: Une la sarta del Tubing, la Caja de Empaques y la Lnea de Flujo por donde viaja el crudo hacia la batera de produccin.

1.3 Tipos de unidades

El Instituto Americano del Petrleo (API) identifica, de acuerdo con la geometra y forma de la estructura, dos clase de unidades de bombeo mecnico: 1.3.1 Sistema Clase 1: Est conformado por la unidad de bombeo mecnico Convencional.

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Esta especifica que el punto de soporte del balancn sea central con la conexin de la caja reductora, el contra-balance en un extremo y el cabezal de la sarta de varillas en el otro extremo.

1.3.2 Sistema Clase III: Incluye la unidad Mark II y la Unidad Balanceada por Aire

a. Unidad Mark II Esta geometra especifica que el punto de soporte del balancn est en un extremo y el cabezal en otro extremo. El contrabalance se ubica entre los dos puntos anteriores. El API no especifica equidistancias entre los puntos crticos mencionados. La unidad MarkII fue diseada para optimizar el comportamiento de la bomba de subsuelo, dando mayor eficiencia al sistema completo.

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b. La unidad Balanceada por Aire, tiene la ventaja, de ser mas compacta y menos pesada que las otras geometras, tambin se presta para recorridos largos con diseos especiales; la unidad se balancea con cambios de presin del cilindro de aire, se puede proveer mucho contrabalanceo con relativamente pequeos aumentos de presin. La unidad de Bajo Perfil, fue diseada para estar en reas urbanas o en campos donde el tamao de una unidad convencional o MarkII es inapropiado y difcil de manejar. Estas unidades surgieron por la necesidad de espacio de las ciudades que crecieron alrededor de los campos petroleros.

1.4 Bombas de subsuelo Las funciones de la bomba son permitir la entrada de fluido de la formacin a la sarta de produccin y levantarlo a la superficie. La consideracin bsica en la seleccin del tamao de la bomba es el volumen de fluido desplazado por pulgada de carrera o recorrido del pistn. Este volumen depende del dimetro del pistn o dimetro interno de la camisa de la bomba.

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1.5 Caractersticas de un bomba de subsuelo Cuando el pistn sube, el peso del fluido sobre el pistn cierra la vlvula viajera y se desplaza el fluido de la tubera de produccin a la superficie. Tambin, al subir el pistn se produce una disminucin de presin encima de la vlvula fija, por lo cual esta se abre y permite la entrada de fluido de la formacin a la camisa de la bomba. Al bajar el pistn, la vlvula fija se cierra, la vlvula viajera se abre y el fluido de la camisa pasa a la tubera de produccin. La nomenclatura bsica de los diversos tipos de bomba fue normalizada por el API y se muestra a continuacin.

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1.6 Partes de una bomba de subsuelo Una bomba consta esencialmente de cuatro partes: un cilindro (barril) o cuerpo de la bomba, un pistn (embolo), una vlvula fija y una vlvula viajera.

a. Tipos de bomba API

Las dos principales categoras de bombas de subsuelo son las bombas tipo tubing y las bombas tipo insert, la diferencia bsica entre estas dos es la forma en que el barril se encuentra instalado.

Bsicamente el API ha dividido las bombas de sub-suelo en: Bombas de tubera (T) y Bombas de cabillas o insertadas (R) Bombas de Tubera (T):

En las bombas de este tipo, el barril est integrado a la tubera, est conectada a la parte baja del tubo y baja a la profundidad deseada junto con la sarta de tubera. Este tipo de bomba presenta la desventaja de tener que sacar la tubera completa par poder realizarle algn tipo de servicio al barril. Dentro del barril de una bomba tipo tubing, se instala un niple, dentro del cual descansa la vlvula fija. El barril y la sarta de

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tubera se instalan dentro del pozo, luego el pistn con la vlvula viajera son corridos hacia adentro por medio de la sarta de varillas. La vlvula fija es unida en el fondo por medio de un puller para vlvula fija que es bajado durante la instalacin, esta vlvula es sentada en el niple donde es asegurada mecnicamente o por medio del uso de copas de friccin. Cuando se logra esto el puller es liberado, y el pistn es levantado (raised) a su posicin de trabajo. Es posible remover la vlvula fija, por medio de otro puller para vlvula, esto evita la necesidad de realizar pulling a la sarta de tubera para reparar esta vlvula. Las bombas tipo tubing son las ms grandes y resistentes en la industria, son usadas para extraer grandes ratas de produccin de pozos someros. Cuando son usadas con una vlvula fija, la vlvula puede llegar a ser muy efectiva en la produccin de pozos de crudos pesados y bajos niveles de fluido, esto se debe a la baja cada de presin a travs de estas vlvulas. Bombas de cabillas o insertadas (R)

Las bombas tipo insertas en contraste con las bombas tipo tubing, son una herramienta ensamblada en una misma pieza, la cual es corrida dentro del pozo junto con la sarta de varillas. Este ensamblaje contiene el barril, el pistn dentro del barril y el juego de dos vlvulas (fija y viajera). El niple es la nica pieza que baja junto con la sarta de tubera a la profundidad desead para la bomba. Una vez es corrido el ensamblaje dentro del pozo es fijada o asegurada en su sitio por medio de copas o mecnicamente. Estas bombas son muy populares o usadas debido a que son fciles de instalar y adems tambin prestan facilidad para realizarles algn servicio, existen varios tipos de bombas tipo insert y

su seleccin depende de las condiciones del pozo, la rata de produccin y la profundidad del pozo. Las bombas tipo R pueden ser de barril estacionario o movible. As mismo, pueden tener anclaje inferior o superior. En base a estas alternativas, existen tres tipos de ensamblajes, cada uno de los cuales tiene una aplicacin especfica: Barril estacionario y anclaje inferior (RWB, RHB) Barril estacionario y anclaje superior (RWA, RHA) Barril viajero y anclaje inferior. (RWT, RHT)

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Otro tipo de divisin de las bombas se refiere al espesor del barril: H para los barriles gruesos (aprox. de 3/16 a ) y se usa especialmente para profundidades mayores a 7000 o cargas de fludos sobre las 7000 lbs. W para los barriles delgados (aprox. 1/8). El API ha publicado una nomenclatura para describir las bombas, aunque en muchos casos, esta nomenclatura se adapta a las circunstancias locales.

b. Tipos de pistones

Metal-metal (lisos o acanalados) Usados en pozos profundos-ms eficientes

Empaque blando Tipo copa para profundidad < 3000 Tipo anillo para profundidad hasta 7000 Combinacin Copa y Anillo La longitud se calcula normalmente entre 6 y 12 por cada 1000. Sin embargo, en pozos con crudos altamente viscosos, se debe tener en cuenta que mientras mayor sea la longitud del pistn, mayor ser la friccin generada en la bomba y por tanto, las posibilidades de flotacin de la sarta de cabillas son mayores.

c. Bolas y Asientos

Pozos normales Acero inoxidable

Fluidos abrasivos Bolas y asientos de cermica o Carbide

Abrasin severa Bolas de cermica en asientos de carbide Doble bolas y asientos

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1.7 Ventajas y Desventajas de una unidad de bombeo mecnico 1.7.1 Condiciones de operacin: Rango Tpico Mximo Profundidad (pies) 100 11.000 16.000 Volumen (BPD) 5 1.500 6.000 Temperatura (F) 100 250 550 1.7.2 Ventajas: Equipo resistente a la corrosin Fcil optimizacin y ajuste Desplazamiento positivo Equipo reusable en otros pozos 1.7.3 Desventajas: Equipo de superficie de gran volumen Poco resistente a altas temperaturas Poco resistente a slidos y arena