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BOMBEO MECANICO

Héctor Hernán Mesa Vásquez

Técnico en Producción de Petróleo y Gas

Servicio Nacional de Aprendizaje SENA17 de Julio de 2014

Instructor: Jairo Carlos José Vílchez García

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIALES

RECUPERACION PRIMARIA DE CRUDO

Bombeo Mecánic

o

Gas Lift Electrosumergible

Cavidades Progresivas

Bombeo Hidráulico

Bombeo MecánicoMecanical Pumping

Es el método de levantamiento artificial más común y antiguo del mundo , debido a su simplicidad y robustez, es posible su aplicación en casi todos los tipos de pozos que requieren levantamiento


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, combustible 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 obstruye al ambiente.

o Obstruye 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.

Tipos de Bombeo Mecánico

UNIDAD CONVENCIONAL

Las unidades convencionales basan su geometría en un sistema de palanca CLASE I, es decir con un punto de apoyo en el medio de la viga balancín. La rotación de la manivela puede ser en ambas direcciones y uso de contrapesos


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

Las unidades Mark II basan su geometría en tres características, las cuales reducen el torque y la carga con respecto a una unidad Convencional. Estas son:

• La ubicación de la caja reductora. • Un punto de apoyo en el extremo

de la unidad• Una manivela desfasada.

Adicionalmente los costos de electricidad y del tamaño del motor pueden ser reducidos.


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.


UNIDAD BALANCEADA POR AIRE

La utilización de aire comprimido en vez de pesadas manivelas y contrapesos, el sistema de aire ha sido tan simplificado que las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón equilibrio. Como resultado, el tamaño de la unidad es considerablemente más pequeño, minimizando los costos de traslado y de montaje.


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.


UNIDADES DE BOMBEO ROTAFLEX

Este sistema utiliza tecnología probada e innovación en el diseño para proveer una eficiencia excelente y eficacia en los costos para pozos profundos, problemáticos y de alto potencial.

El Rotaflex cumple casi a la perfección con la situación ideal para bombeo mecánico: carrera larga y baja velocidad. Esta combinación asegura un mejor llenado de la bomba y cargas parásitas muy bajas (aceleración, fricción mecánica y viscosa) y por eso, la carta de superficie de una instalación con Rotaflex es casi parecida a la ideal.

Tipos de Bombeo Mecánico UNIDADES DE BOMBEO ROTAFLEX


Manejo eficiente de altos volúmenes, mayores cargas y desviación de pozos.

Reduce el desgaste en las cabillas y las tuberías. Incrementando la vida útil.

Menos ciclos.

Aumento en la eficiencia del sistema

Estos diseños con carreras largas pueden reducir significativamente los costos de levantamiento con las siguientes características:


Fácil de Instalar y hacer servicio.

Torques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de energía.

Reducción significativa de las cargas dinámicas, resultando en menores costos operacionales.

Proporciona una mejor razón de compresión a la bomba lo que minimiza problemas de bloqueo por gas.

Facilidad para balancearlo ya que esta operación consiste simplemente en quitar o agregar bloques a la caja de contrapesas.

GeneralidadeasEs un sistema de bombeo de succión con varillas, consistente en elevar el fluido desde la formación hasta la superficie, por lo que la función principal de este mecanismo es la de transmitir energía a la bomba de subsuelo del pozo para levantar los fluidos desde el yacimiento hasta la superficie

GeneralidadeasLas bombas de varilla (insertas), bombean el fluido que fluye de la formación al pozo, disminuyendo la presión en el fondo del mismo.(para mayor caudal necesitamos un diferencial de presión mayor)

PSI

VOL

300

200

100

0

400

∆ P = (P1 –P2)

Q ;Bl

día; BPD

IP = Q

(P1 –P2)

IP = Q Q = IP X ∆ P

∆ P

P1 P2

GeneralidadesEl bombeo mecánico tiene dos secciones definidas:

1. Equipo de Superficie

Generalidades

2. Equipo de Subsuelo


Patin = base = (Foundation): Es la parte principal de la estructura y de la unidad de bombeo, es una plataforma de acero o concreto, parte rigida que permite la unión del POSTE MAESTRO, EL REDUCTOR DE ENGRANAJE y todos con una alineación adecuada, sobre ella va:

1. Equipo de SuperficieGenerador de Potencia (Prime Mover): Los generadores de potencia para estas unidades son los motores de potencia, existiendo dos tiposCombustión Eléctrica: Como su nombre lo indica, funciona por medio de electricidad.Combustión Interna: Funciona con gas, diesel, gasolina, ACPM

1. Equipo de SuperficieEl motor Principal genera la fuerza suficiente para operar la unidad y esto es elevando la sarta de varillas y la carga de fluido.El potencial del motor depende de cuatro (4) condiciones:

1. TVDwell = (True Vertical Depth) : Profundidad vertical verdadera del pozo.


2. Tamaño de la sarta de varillas (String size rods)


3. Tamaño del pistón de la bomba (Piston pump size)


4. Velocidad de bombeo (Stron minute)

1. Equipo de SuperficieEnsamblaje del convertidor de potencia = (Power Conversión Assembler): Transforma el movimiento rotacional primario del motor a un movimiento reciprocante vertical ascendente descendente, esto lo logra gracias a los siguiente:

1. Equipo de SuperficieCojinete Central (Squalizer): Esta agarrado a la viga del balancín, su función es transmitir el movimiento rotacional de las bielas en movimiento reciproco a la ejecutada por la viga del balancín

1. Equipo de SuperficieBielas (Pitmans) : Pieza de acero, su función es conectar la manivela al escualizador

1. Equipo de SuperficieManivela (Cranks) : Su función es permitir ajustar la longitud de la correa de varillas, se reconocen porque tienen una serie de orificios

1. Equipo de SuperficieFreno (Breake) : Permite que la unidad sea detenida y mantenida firmemente en la posición.

1. Equipo de SuperficiePasadores de articulación = muñon (Wrist pins) : Son pernos que se colocan en los orificios de la manivela, estos pernos pueden ser movidos para alterar la longitud de la carrera de la varilla.

1. Equipo de SuperficieCorrea de trasmisión (Transmition Beit) : Su función es transmitir la rotación desde el motor principal hasta la caja reductora.

1. Equipo de SuperficieReductor de engranaje (Gear reducer) : Convierte el movimiento rotacional en movimiento de vaivén. Es uno de los componentes más importantes del montaje ya que debe absorber el torque de todo el sistema

1. Equipo de SuperficieBalancin (Walking Beam Assembly) : Su función es la de transmitir el movimiento desde el convertidor de potencia hasta la barra lisa y esta lo transmite a la sarta de varillas y la sarta de varillas a la bomba del fondo esto se logra gracias a

1. Equipo de SuperficieViga de Balanceo (Walking Beam) : ES una viga pesada de acero, localizada en el poste maestro, además conecta la fuerza necesaria a la barra lisa.

1. Equipo de SuperficieCabezal del balancin (Horse Head) : Es un componente curvo, su función es sostener o suspender la barra lisa y la sarta de varillas como la viga de balanceo, sube y baja. La trayectoria curva del cabezal mantiene la brida sobre la cabeza del pozo y sobre la sarta de varilla de succión.

1. Equipo de SuperficieCojinete (Saddle bearing) : Es un perno colocado sobre el poste maestro, para sostener la viga de balanceo, permitiendo así su rotación

1. Equipo de SuperficiePostre maestro (Sampson Post) : Estructura que sostiene la viga de balanceo

1. Equipo de SuperficiePara instalar la varilla pulida se recurre a instalar las siguientes piezas:

1. Equipo de SuperficieCable colgador (Brida): Es un cable flexible de acero asegurado al porta varillas, está agarrado al cabezal del balancín

1. Equipo de SuperficiePorta varillas (Carrier Bars): Elemento sostenido debajo del cabezal del balancín por la brida, cable o guaya y sostiene a la varilla pulida por una abrazadera colocada en el tope a la barra lisa

1. Equipo de SuperficieAbrazadera (Clamp): Esta colocada sobre la barra lisa y descanza sobre la barra portadora , su función es sostener la sarta de varillas y que no tenga contacto con el tubo (tubing)

1. Equipo de SuperficieCaja de estopas o empaques (Stuffing Box): Esta diseñada para permitir el movimiento vertical ascendente –descendente de la varilla pulida y no permitir el escape de fluido que viene del subsuelo en superficie. Son una caja de empaques herméticas para prevenir fugas, es lo suficientemente fuerte porque debe soportar todo el peso de la sarta más el peso del fluido

1. Equipo de SuperficieContrapeso (Counterweight): Elemento que equilibra el mecanismo para que ejerza su labor en condiciones normales.

2. Equipo de SubsueloSon todas aquellas herramientas que se introducen al pozo y son:

2.1. Tubos (Tubing): Existen 10 tipos; ¾, 1, 1 ¼, 1 ½, 2-1/16, 2-3/8, 2 -7/8, 3½, 4, 4½ de pulgadas

Es el conducto por medio del cual se transportan los fluidos, desde la bomba en el fondo hasta la superficie, El fluido producido es levantado por el anular entre el tubing y la varilla a la superficie


2.2. Sarta de Varillas (Rods): La sarta de varilla conecta la bomba de subsuelo con la barra lisa, pero su principal función es transmitir el movimiento vertical ascendente – descendente de la varilla pulida la bomba de fondo, además debe proveer la energía necesaria a la bomba para extraer el petróleo.

Las varillas están hechas de acero o en fibra de vidrio.


La resistencia de las varillas a la tensión es de 200 mil libras y una presión maxima de trabajo de 5000 PSI, la carga de las varillas está en función directa de:

1, Nivel de fluido2. Diametro del pistón3. Velocidad de bombeo4. Longitud de recorrido

Para el diseño de la sarta de varillas tenga presente las siguientes consideraciones

1. Profundidad de la bomba2. Condiciones del pozo( si es convencional o dirigido)3. Producción deseada (Bl/dia)4. Problemas de corrosión

2. Equipo de SubsueloVarillas Telescópicas: Si Profundidad vertical verdadera (TVD) es mayor a 4.000 Ft se aconseja usar varilla telescópica

Ejemplo: Varilla API No. 86

Clases de varillaClase K- Resistente a corrosión

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


Fallas de las Varillas: Las fallas de las varillas más comunes son:

1. Diseño inadecuado de la sarta, especialmente en la sarta telescópica

2. . Inapropiado enrosque: Debe haber una conexión exacta entre el pin y caja (Torque= lb x ft).

3. Fluidos corrosivos: Estos fluidos disminuyen el área trasversal de las varillas

4. Pandeo: Sucede cuando las varillas tienen contacto con el tubing, generalmente en pozos desviados.

5. Malos manejos de la sarta de superficie, debe cargarse la sarta entre tres personas.

6. Golpe de fluido: cuando la bomba se llena parcialmente en la carrera ascendente debido a bajo aporte de la formación


Fallas por Sobretorque


Fatiga por Diseño y Operación


Fallas por H2S


Fallas por CO2


Fallas por Tensión


Fallas por Pandeo


2.3. Bomba de Subsuelo:

Desplaza 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


2.3. Bomba de Subsuelo: 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 piesLongitud 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

Designación de Unidades

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