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República bolivariana de VenezuelaMinisterio del poder popular para la defensa

Universidad nacional experimental politécnicaDe la fuerza armada bolivarianaNúcleo: Anzoátegui – san tomé

Ingeniería en petróleoCátedra: Producción ll

Profesora: Ing. Bolívar, Illiannys Bachilleres: García, Joaquín ci: 19.437.556 Saenz, Jackson ci: 15.291.389

Gómez, José ci: 8.256.147 López, Franklin ci: 17.746.413

9 no Semestre de Ing. petróleo Sección “AN”

San Tome, Junio de 2011

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Índice

Introducción……………………………………………………….…………….........3

Cuerpo o desarrollo………………………………………………………..…….4

Principio de Operaciones

Componentes de los Equipos de Superficie y Subsuelo

Ventajas y Desventajas del Mecanismo

Herramientas Necesarias para el Diagnostico

Control y Seguimiento del Equipo

Conclusión……………………………………………………………….………...34

Bibliografía…………………………………………………………………..….…..36

Anexo…………………………………………………………………….……………37

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Introducción

El Bombeo mecánico es el más común de los métodos de levantamiento

artificial. Aproximadamente el 95% de todos los pozos en los Estados Unidos

están bajo levantamiento artificial. El Bombeo mecánico abarca cerca del 90%

de todos los pozos haciendo de este el método primario de levantamiento

domestico. Beam Pumping (otra forma de llamar al bombeo por cabillas cuando

una unidad con viga viajera es usada) es el más antiguo y ampliamente usado

método de levantamiento artificial costa adentro. Es usualmente el más

económico y el sistema más fácil de mantener cuando es diseñado y operado

apropiadamente.

Incrementar la eficiencia del sistema de bombeo mecánico ha sido siempre

importante. La figura I-1 muestra como la eficiencia del sistema y el corte de

agua afecta el costo de electricidad por barril de fluido producido. Si bien este

ejemplo grafico es para una bomba a una profundidad de 5000 pies y costos de

electricidad de 0.07 Kwh, las conclusiones sacadas de esto pueden aplicarse a

todos los sistemas de levantamiento artificial a pesar de la profundidad y costos

de energía.

La eficiencia del sistema es la relación de la mínima energía requerida

para la producción actual dividida entre la energía real consumida por el motor.

Un 50% de eficiencia del sistema es excelente y es la eficiencia mas alta que

puede esperarse tenga un sistema de bombeo mecánico convencional. Sin

embargo, pocos sistemas por bombeo mecánico realmente operan en un 50%

de eficiencia. Problemas comunes tales como golpe de fluido, pistón de la

bomba desgastado, fugas en la válvula viajera o fija, y una unidad severamente

fuera de balance, pueden reducir la eficiencia del sistema hasta menos de un

30%. Una bomba severamente dañada o una fuga en la tubería pueden

resultar en una eficiencia del sistema menor al 30%.

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Principio de operación

Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el cual su

principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir

movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de cabillas y

mediante la energía suministrada por un motor. El bombeo mecánico es el

método de levantamiento artificial más usado en mundo. Consiste

fundamentalmente en una bomba de subsuelo de acción  reciprocante,

abastecida de energía a través de una sarta de cabilla. La energía proviene de

un motor eléctrico, o de combustión interna, la cual moviliza una unidad de

superficie mediante un sistema de engranajes y correas. El bombeo mecánico

convencional tiene su principal aplicación en el ámbito mundial en la

producción de crudo pesado y extra pesado, aunque, también se usa en la

producción de crudos medianos y livianos.

Para que ocurra la acción del bombeo, el pistón realiza un movimiento

reciprocante dentro del barril, la tubería confina la sarta de cabilla de succión

que acciona a su vez  la bomba en el subsuelo; posee válvulas fijas y viajera,

son válvulas de no retorno, de bola y asiento de modo que solo permite el flujo

en una sola dirección  hacia el cabezal.

El volumen encerrado entre estas dos válvulas constituye la cámara de

bombeo. Cuando el balancín esta en el punto muerto de inferior, las válvulas

fijas y viajeras se     hallan cerradas. Al comenzar la carrera ascendente, la

presión de fondo y el efecto de succión del pistón permiten la apertura de la

válvula fija; el fluido pasa del pozo hacia el inferior de de la bomba.

Al mismo tiempo, la columna de fluido ejerce una presión sobre la válvula

viajera y permanece cerrada durante la carrera ascendente fluido continua

liberando la válvula hasta que el pistón llega  al punto muerto del pistón .La

válvula fija y cierra y comienza la carrera descendente. El pistón se mueve

hacia abajo y produce un punto de compresión cuando la presión interna es

superior a la que existe en la válvula viajera, esta se abre y el fluido es

trasferido al pistón hasta llegar al punto muerto inferior, donde se repite el ciclo

de bombeo. No obstante hay que tener presente que la tubería deba ser capaz

de soportar la presión debido a la columna de flujo sobre la bomba.

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Bombeo Mecánico

Para un determinado paso de presión en el yacimiento se tiene que la

energía natural que empuja a los fluidos deja de ser suficiente, es en este

momento cuando se recurre al uso de un mecanismo artificial para continuar

extrayendo hidrocarburos, para este caso dicho mecanismo es el bombeo

mecánico.

El bombeo mecánico es un procedimiento de “succión y transferencia” casi

continua del petróleo hasta la superficie, considerando que el yacimiento posee

una determinada presión, la cual es suficiente para que el petróleo alcance un

determinado nivel en el pozo.

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Componentes de los equipo de superficie y subsuelo

Los componentes que conforman el sistema de bombeo mecánico se

dividen en dos categorías: Equipo de superficie y equipo de subsuelo.

Entre los equipos de superficie se encuentran:

Motor

Manivela

Pesas o Contra peso

Balancín

Cabezote

Rienda

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Barra Pulida

Prensa Estopa

Cabezal o  La boca de pozo

Caja de Engranaje

Descripción del equipo de superficie

La unidad de superficie de un equipo de bombeo mecánico tiene por objeto

transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad de asentamiento

de la bomba de subsuelo con la finalidad de elevar los fluidos desde el fondo

hasta la superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas.

Los equipos que forman los equipos de superficie se explican a continuación:

Unidad de Motores

Motor

Es el encargado de suministra la energía necesaria a la unidad de bombeo

para levantar los fluidos de pozo. Es motores pueden ser de combustión interna

o eléctricos.

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Los motores de combustión interna pueden ser de baja o alta velocidad; los

de baja velocidad operan entre 200 y 600 rpm y poseen un cilindro, los de alta

velocidad funcionan entre 800 y 1400 rpm.

En la actualidad el tipo de motor mas utilizado en la industria petrolera es el

motor eléctrico, este posee también una velocidad constante (baja velocidad ) y

una potencia que varia entre 5 y 100 hp, el motor de velocidad variable (alta

velocidad) su potencia varia entre los 10 y 200 hp este ultimo utilizado para alto

deslizamiento.

Clasificación de los motores

Motores Eléctricos:

Los motores eléctricos para bombas de cabillas son principalmente

motores de inducción de tres fases. NEMA D (Nacional Electrical

Manufacturers Association) clasifica los motores según el deslizamiento y las

características de torque durante el arranque.

NEMA D es el motor de unidad de bombeo mas ampliamente reconocido.

Su rango de deslizamiento va desde 5% hasta 13%. Otros motores en el

campo petrolero incluyen NEMA C con un máximo deslizamiento de 5% y

NEMA B con un máximo deslizamiento de 3%.

Motores de Ultra Alto Deslizamiento:

Motores eléctricos especiales con deslizamiento mayor al 13% son

denominados motores de ultra alto deslizamiento. Estos son diseñados para

variaciones altas de velocidad y pueden ayudar a reducir los torques picos en

la caja de engranaje y las cargas de las cabillas. Puedes calibrar los motores

ultra de alto deslizamiento en diferentes modos dependiendo del deslizamiento

y torque en el arranque deseado. El modo en bajo torque ofrece los más bajos

torque en la arrancada y las variaciones de velocidad más grandes. El modo de

alto torque ofrece los mayores torque en la arrancada y las variaciones de

velocidad mas bajas. Motores de Ultra alto deslizamiento usualmente tienen un

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modo medio o bajo-medio con características entre los modos de bajo y alto

torque.

Motores a Gas:

Existen dos tipos de motores a gas. Motores de baja velocidad con uno o

dos cilindros, y motores multicilindros de alta velocidad. Motores de baja

velocidad tienen velocidades de 700 rpm o menores y alto torque. Motores

multicilindros pueden tener altas variaciones de velocidad (hasta un 35%) mas

que motores de baja velocidad. Motores de gas típicamente queman gas

rentado y son generalmente más baratos que operar motores eléctricos. Sin

embargo, los costos de capital y el mantenimiento son usualmente más altos

que para motores eléctricos.Motores a gas son primordialmente utilizados en

locaciones remotas sin disponibilidad de electricidad.

Manivela

Es la responsable de trasmitir el movimiento de la caja de engranaje o

transmisión a la biela del balancín, que esta unida a ellos por pínes  se están

sujetas al eje de baja velocidad de la caja de engranajes y cada una de ellas

tienen un numero igual de orificios, los cuales representan una determinada

carrera del balancín, en ellos  se colocan los pines de sujeción de las bielas. El

cambio de pines de un hueco a otro se llama cambio de tiro.

Pesas o Contra peso

Se utiliza para balancear las fuerzas desiguales que se originan sobre el

motor durante a las carreras ascendente y descendente del balancín a fin de

reducir la potencia máxima efectiva y el momento de rotación. Estas pesas

generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades sobre la viga

principal, en el extremo opuesto el cabezote.

Unidad de balancines

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Balancines tipo API

Son diseñados basados en especificaciones API, operan con movimientos

armónicos simples que realiza una viga viajera activada por la caja de

engranajes, conectada a un motor por medios de correas, estos balancines

pueden clasificarse de acuerdo a su geometría y contrapeso de las unidades

en:

Balancines Convencionales

Es la unidad más conocida y popular de todos los campos petroleros, por

ventajas económicas, fácil operación y mantenimiento. Estos poseen un

reductor de velocidad (engranaje) localizado en su parte posterior y un punto

de apoyo situado en la mitad de la viga.

Balancín   Unitorque

La unidad unitorque  (Mark II), es un diseño que parte del modelo

convencional, se caracteriza por ser capas de soportar más fluido sin

necesidad de sobre cargar el equipo, aunque es mas costoso manufactura.

Su estructura y requiere mayor contra-balance. El balanceo de esta unidad

se hace en la manivela y su requerimiento adicional es para contrarrestar el

balance estructural originado por su geometría de fabricación.

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Balancín por Aire

Se caracteriza por utilizar un cilindro con aire comprimido en lugar de usar

pesas de hierro, su costo por trasporte e instalación  es mas económica que las

convencionales por lo cual puede ser usada costa afuera o cuando es

necesario mover con frecuencia la unidad, el mantenimiento del cilindro de aire,

pistón compresor y controles de neumáticos, lo hacen ser la unidad mas

costosa en cuanto a operaciones, pero son mas resistentes a cargas que las

convencionales.

Riendas

Son cables flexibles.

Cabezal o  La boca de pozo

Involucra la conexión de las cañerías de subsuelo con las de superficie que

se dirigen a las instalaciones de producción. 

Barra Pulida

Tubería fabricada de material resistente, generalmente se encuentran de

diámetros de 11/4  y 1 ½ pulgadas y longitud de 15 y 22 pies. Se encarga de

soportar el peso de la sarta de cabillas, de la bomba y del fluido dentro de la

tubería.

Prensa Estopa

Consiste en una cámara cilíndrica que contienen los elementos de

empaque que se ajustan a la barra pulida permitiendo sellar el espacio

existente entre la barra pulida y la tubería de producción, para evitar el derrama

de de crudo producido.

Caja de Engranaje

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Se utiliza para convertir energía del momento de rotación, sometidas a

altas velocidades del motor primario, a energía de momento de rotación alto de

baja velocidad. La maquina motriz se conecta al reductor de velocidad (caja de

engranaje) mediante correa. El reductor de velocidad puede ser: Simple, doble

o triple. La reductora doble es la más usada.

Descripción del Equipo de Subsuelo

El equipo de subsuelo es el que constituye la parte fundamental de todo el

sistema de bombeo. La API ha certificado las cabillas, las tuberías de

producción y bomba de subsuelo.

Entre los equipos de SUBSUELO se encuentran:

Tubería de Producción

Cabillas o Varillas de Succión

Revestidor

válvula  Viajera

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válvula Fija de tipo bola y Asiento

Bomba

Ancla de Tubería

Sarta de cabilla

Cabillas api o Convencionales

Cabillas no API o Continuas

Ancla de Gás

Yacimiento

Tubería de Producción

Es una serie de tubos que se usa para trasportar el fluido y, al mismo

tiempo, sirve de guía a la sarta de cabilla que acciona la bomba.

Los tipos de tuberías mas empleados para este tipo de completación (BM) son

las EUE y la  Hydrill.

Cabillas o Varillas de Succión

 La sarta de cabillas es el enlace entre la unidad de bombeo instalada en

superficie y la bomba de subsuelo. Las principales funciones de las mismas en

el sistema de bombeo mecánico son: transferir energía, soportar las cargas y

accionar la bomba de subsuelo. Las principales características de las cabillas

son: .8 veces mayor que las cabillas de acero para la igual carga y diámetro.

Revestidor

Es aquella que tiene como función recubrir las paredes del pozo con el

propósito general de protegerlo, también se puede decir que son tuberías

especiales que se introducen en el hoyo perforado y que luego son

cementadas para lograr la protección del hoyo, aislando las formaciones

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inestables y permitiendo posteriormente el flujo de fluidos desde el yacimiento

hasta superficie. También son conocidas como: Revestidores, Tubulares,

Casing.

Unidad de Bombeo

Su función principal es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado,

con el propósito de accionar la sarta de cabilla y estas, la bomba de subsuelo

Mediante la acción de correas y engranajes se logra reducir las velocidades de

rotación.

El movimiento rotatorio resultante se trasforma en uno reciprocante, a

través de la manivela, la biela y el propio balancín.

Bomba de Subsuelo

Componentes de la Bomba de Subsuelo

Barril o Cilindro de la Bomba

Es una pieza cilíndrica pulida en la cual se almacena el fluido

El Embolo o Pistón

Es el elemento movible dentro de la bomba. Su diámetro determina la

capacidad de desplazamiento y su resistencia es menor que el que la del

cilindro.

Anclaje o Zapata

Es la combinación de las partes reunidas inferiormente para obtener el

anclaje de la bomba y efectuar un sello hermético.

Clasificación de las Bombas

Bomba de tubería (t)

Se instalan en ellas y el cilindro es parte integral de la misma. Su mayor

aplicación está en los pozos de alta productividad, con profundidades menores

a 4500 pies y donde las condiciones de producción no son severas, es decir,

hay baja producción de gas y y pocos fluidos abrasivos y corrosivos.

Bomba de cabilla o insertable

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Se instala en los pozos, mediante el uso de la sarta de cabillas y sin necesidad

de extender tubería. Se aplican en pozos da moderada y baja productividad y

profundidades de hasta 7000 pies aproximadamente. Su remoción y reparación

es mas económica que la de las bombas de tuberías. Pueden ser ancladas por

el fondo, el tope o por ambos extremos de la bomba.

La  válvula  Viajera

Esta ubicada en el pistón, el tipo bola y asiento, permite la entrada del fluido del

barril al pistón.

LA válvula Fija de tipo bola y Asiento

Esta facilita la entrada del fluido desde el pozo hasta el baril de la bomba.

Ancla de tubería

Controla los movimientos  de la tubería, eliminar los esfuerzos durante la

acción de bombeo, mantiene la tubería en una posición constante y reduce la

fricción entre las cabillas y la tubería.

Sarta de Cabilla

Es el elemento de conexión entre la unidad de bombeo, instalada en la

superficie y la bomba de subsuelo. Mediante esta se trasmite el movimiento

reciproco a la bomba para deslizamiento de fluido, generalmente son

fabricadas en acero y por lo tanto, poseen propiedades de elasticidad, aunque

existen cabillas de fibra de vidrio y las continuas, cada una de ellas diseñadas

para diferentes diámetros y longitud.

Cabillas api o Convencionales

Existen tres tipos de cabillas API de acuerdo al material de su fabricante

C., D, K. Las longitudes de las cabillas pueden ser de 25 o 30 pies, utilizando

niples de cabillas (tramos de cabillas de menor longitud), en los casos que

ameriten para obtener la profundidad de asentamiento de la bomba, otros

elementos adicionales de la sarta de cabilla s podrían ser una barra (Sinker

Bar), diseñado para adicionar peso al colocar en la parte inferior de la barras de

peso es de 1 ½  a 2  pulgadas. En pozos  productores de crudo pesado; donde

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se crea una especie de colchón  que aumenta el efecto de flotación de las

cabillas durante su carrera descendiente, dificultando el desplazamiento del

pistón dentro del barril de la bomba 0, con una consecuente disminución de la

eficiencia volumétrica de la bomba, es ventajoso utilizar barra de peso en la

sarta de cabillas, ya que facilita el desplazamiento de crudo viscoso al

mantener tensión en la sarta de cabillas.

Cabillas no api o Continuas

Son aquellas cabillas que no cumplen con las normas API, ellas son;

Electra, continuas, fibra de vidrio dentro de las cuales las mas usadas son las

cabillas continuas.

Ancla de Gas

Consiste en un tubo rasurado o perforado, colocado bajo la zapata de

anclaje. Su objetivo es separar gas/liquido antes de la entrada del fluido a la

bomba.

Yacimiento

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El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta

presión, suficiente para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por

tanto, el bombeo mecánico no es más que un procedimiento de succión y

transferencia casi continúa del petróleo hasta la superficie. El balancín de

producción, que en apariencia y principio básico de funcionamiento se asemeja

al balancín de perforación a percusión, imparte el movimiento de sube y baja a

la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la

sarta de producción o de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo.

Ventajas y desventajas de los componentes en el bombeo mecánico

El bombeo mecánico

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Ventajas

El diseño es poco complejo.

Es aplicado en crudo pesado y altamente viscoso.

El equipo puede ser operar a temperatura elevadas.

DESVENTAJAS DEL BOMBEO MECANICO

Requiere altos costos y mantenimiento.

Posee profundidades limitadas.

El equipo es pesado y ocupa mucho espacio.

RANGO DE  APLICACIÓN DEL BOMBEO MECANICO

Este método de levantamiento se encuentra entre 20 y 2000 (BPPD).

Se pueden aplicar a una profundidad no mayor  a 9000 pies.

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No se puede utilizar en pozos desviados.

No debe existir presencia de arenas.

Solo se utiliza en pozos unidireccionales.

Se utiliza en pozos con temperaturas  no mayores a 500 °F.

Unidades de bombeo balanceadas por aire

Unidades de bombeo convencional

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Unidades de bombeo mark ll o de geometría avanzada

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Herramientas necesarias para el diagnostico

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La principal herramienta para el diagnostico en un bombeo mecánico es

dinamómetro. Una carta dinagrafica es un grafico de cargas vs. Posición.

Puede registrarse una carta dinagrafica desde la barra pulida con un sistema

dinamometrico. El dinamómetro es la principal herramienta en la detección de

fallas para un sistema de bombeo mecánico.

Equipo comúnmente usado por el dinamómetro.

Para registrar cartas dinagraficas se necesita un sistema dinamométrico

con un conjunto de celda de cargas y transductor de posición. Adicionalmente,

se necesitaran las siguientes herramientas:

• Un grupo de grapas para barra pulida de las encontradas en tu campo.

• Una llave inglesa para los pernos de la grapa de la barra pulida.

• Al menos un par de pedestales, que no es mas que una pieza de tubería de

uno o dos pies de longitud cortados aproximadamente a la mitad de su

circunferencia, con un cerrojo o pasador de seguridad.

• Un protector de prensa estopa.

• Guantes protectores.

• Una cadena fuerte de al menos 12 pies de longitud.

• Una pieza de tubería para dar mayor fuerza de palanca cuando se apriete la

grapa de la barra pulida.

• Un cubo plástico o de metal vació.

Control y seguimiento del equipo

En un bombeo mecánico pueden encontrarse muchos problemas en

sistemas de bombeo a través del análisis de la carta dinagrafica usando

programas modernos diagnostico de computadora tales como el RODDIAG o

XDIAG. Por ejemplo, puede calcularse el torque en la caja de engranaje,

detectar problemas con la bomba de subsuelo, o determinar las cargas

tensiónales en las cabillas. El dinamómetro es una herramienta que puede

usarse para mejorar la eficiencia y reducir la tasa de fallas en pozos

bombeando. Este capitulo explicara qué es un dinamómetro, como trabaja, y

como utilizarlo. Describe de manera práctica, el procedimiento paso a paso de

cómo usar el equipo dinamometrico en pozos de bombeo mecánico para

obtener la data necesaria con precisión y de manera segura. También cubrirá

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una cantidad de data adicional necesaria para el análisis diagnostico con

modernos software.

El diccionario define la palabra “dinamómetro” como un instrumento para

medir fuerza. Es una derivación de dos palabras griegas: “Dynamis” que

significa “fuerza” y “metro” que significa “dispositivo de medición”. Por lo tanto,

dinamómetro” significa: dispositivo de medición de fuerzas.

Un dinamómetro registra las cargas sobre la barra pulida (fuerzas) como

una función de la posición de la barra. Este es llamado usualmente “carta

dinagrafica”. Dependiendo del sistema usado, es igual un grafico X-Y en una

hoja de papel, o un registro electrónico de los puntos de cargas vs. Posición.

Un sistema dinamometrico moderno tiene una celda de carga, un transductor

de posición, y un sistema de grabación como se muestra en la Figura 4.2.

Muchos de los nuevos sistemas dinamometricos utilizan pequeñas

computadoras en lugar de plotters analógicos. En ves de plotear la carta

dinagrafica solo en papel, como lo hecho con el estilo viejo de sistemas

dinamometricos, los nuevos almacenan la data en discos o memorias de

computadoras. Estos pueden de igual forma proporcionar copias en papel de

las cartas dinagraficas.

Usando el Dinamómetro como una Herramienta de Diagnostico

El sistema dinamometrico es una herramienta poderosa de diagnostico en

las manos de un operador experimentado. Cartas dinagraficas, especialmente

cuando son analizadas con un moderno programa diagnostico, puede ayudar a

detectar la mayoría de los problemas de las unidades de bombeo. También

puede usarse para chequear la integridad de las válvulas tanto fija como

viajera, medir el efecto de contrabalance, y registrar el consumo eléctrico del

motor vs. la posición de la barra

Instalación y remoción del transductor de cargas y posición:

Para registrar una carta dinagrafica, se necesita instalar el transductor de

carga y posición en la barra pulida. Se debe insertar la celda de carga entre la

grapa permanente de la barra pulida y el elevador. Sujete la cuerda del

transductor de posición de la barra pulida luego de instalar la celda de carga.

Chequeo de las cargas en la válvula viajera:

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Para realizar la prueba de válvula viajera, se deben seguir los siguientes

pasos:

1. Tenga listo el dinamómetro para el chequeo de válvulas de acuerdo a las

instrucciones del fabricante, para registrar las cargas vs. Tiempo.

2. Arranque la unidad y déjela realizar varios ciclos completos, durante al

menos dos o tres emboladas para asegurar una acción apropiada de bombeo.

3. Detenga la unidad en la carrera ascendente. Aplique el freno tan

suavemente como sea posible y deje la unidad detenida entre 5 y 10 segundos.

4. Repita los pasos 2 y 3 cerca de una o dos veces mas. Intente detener la

unidad en diferentes posiciones de la carrera ascendente para obtener

resultados más precisos.

La mayoría de los dinamómetros registran las cargas en las cabillas como

una función el tiempo durante el chequeo de válvulas. Si las cargas

permanecen constantes por cerca de 10 segundos entonces tanto la válvula

viajera como el pistón están en buenas condiciones. Una caída de cargas

constante o repentina sugiere un daño en la válvula viajera o el pistón. El

chequeo de la válvula viajera a indiferentes puntos de la carrera ascendente

puede ayudar a descubrir un problema con el barril o una bola de la válvula con

forma de huevo.

Cuando se realiza un chequeo de válvulas debe tratar de detenerse la

unidad suavemente. Esto se logra deteniendo la unidad levemente delante de

la posición donde desea realizar el chequeo. Luego gradual y gentilmente

aplique los frenos. Evite agitar la unidad debido a que la válvula podría quedar

fuera del asiento, originando perdidas en la carga de fluido. Registre las cargas

en la barra pulida por cerca de 10 segundos. Es recomendado que se realicen

medida buena. También, esto permitirá los diferentes puntos en la carrera

ascendente mencionados con anterioridad. La Figura 4.3 muestra un ejemplo

de chequeo de la válvula viajera. Los segmentos de línea plana de la prueba de

válvula tanto fija como viajera corresponden al momento en que la unidad esta

detenida. La porción ondulante son las cargas en la barra pulida vs. Tiempo

registrado cuando la unidad esta bombeando. Para los cálculos que envuelven

el chequeo de válvulas utilice la medición de cargas mayor.

En ocasiones si la fuga en la válvula viajera es severa, las cargas de

fluido fugan muy rápidamente y se obtiene una línea plana similar a una

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condición de operación buena. Dando un vistazo por separado a este resultado

podría pensarse que tanto el pistón como la válvula están operando

correctamente. Para evitar este problema, realice un chequeo de válvula fija

(que será descrito a continuación) y observe la diferencia de cargas entre

ambas pruebas (fija y viajera). Si no existe diferencia de las cargas entonces

repita la prueba para determinar si la fuga aparente es real o no. Si lo es, esto

es muestra de un problema serio en la bomba. Si se registre cierta diferencia

en las cargas entre ambas pruebas entonces las cargas de fluido se perdieron

por razones diferentes. La mayoría de los problemas contenidos en las pruebas

de válvulas es consecuencia de parar la unidad abruptamente. Esto hace que

las cabillas “reboten”, causando que la válvula viajera se asiente o desasiente.

Nota: Durante el chequeo de la válvula viajera las cargas deberían permanecer

constantes o decrecer. Si aumentan, esto muestra que las cargas de fluido aun

están en la válvula fija y en cambio se esta realizando una prueba de válvula

fija. Esto podría ocurrir si se detiene la unidad de manera abrupta o demasiado

temprano en la carrera ascendente. Mantenga en mente que las cargas en la

válvula viajera es la suma del peso en flotación de la cabillas mas las cargas de

fluido sobre el pistón. Por lo tanto, estas cargas deberían ser mayores que las

cargas en la válvula fija, que es solo en peso de las cabillas en flotación.

Nota: Una caída de presión mientras se hace el chequeo de la válvula viajera

muestra que el fluido escurre a través del pistón dentro del barril de la bomba.

Esto puede ser causado por un problema en el asiento o la bola de la válvula

viajera, desgaste en el pistón, o desgaste en el barril. Un chequeo de válvula

por si solo no podría diferenciar entre estos problemas. Sin embargo, si se

realizan varios chequeos de válvula viajera entonces podría diferenciarse entre

estos problemas. Una válvula viajera o pistón dañados mostrarían perdidas de

carga en cualquier chequeo de TV. Un barril dañado mostraría fugas solo

cuando el pistón se detiene en el área dañada del barril.

Chequeo de Válvula Fija

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Usando un dinamómetro puede realizarse un chequeo de válvula fijapara

encontrar fugas debido a desgaste en las válvulas. Esto puede hacerse de la

misma manera que con la válvula viajera, pero deberá detenerse la unidad en

la carrera descendente de la barra pulida. Para realizar un chequeo de válvula

confiable y preciso debe detenerse la unidad suavemente en la carrera

descendente al menos un medio o dos tercios del final. Esto es para asegurar

que las cargas de fluido han sido transferidas desde el pistón hacia la tubería.

Una línea recta es indicativa de una válvula fija en buen estado.

Medición del Efecto de Contrabalance.

El efecto de contrabalanceó es usado para calcular el torque en la caja de

engranaje. Es una medida indirecta del torque impuesto en la caja por la

manivela y las contrapesas de la unidad. Para medir el efecto de

contrabalanceo la unidad debe detenerse con la manivela tan cerca como sea

posible a 90° o 270°. Luego con el freno liberado, grabar las cargas en la barra

pulida a esa posición. También debe anotarse el ángulo correspondiente del

brazo de las contrapesas. Para unidades convencionales (Clase I), El ángulo

del brazo de las contrapesas es medido en el sentido horario de la agujas del

reloj a partir de la posición de las 12 en punto con el pozo a la derecha. Para

unidades Mark II (Clase III), se mide en sentido antihorario a partir de las 6 en

punto con el pozo a la derecha. Si la unidad es “Pesas Pesadas” o “Cabillas

Pesadas” entonces la manivela no se detendrá cerca de la posición de las 12 o

6 en punto. En tales casos, para grabar el efecto de contrabalanceo debe

encadenarse la unidad si es “pesas pesadas” o apoyar la grapa en el prensa

estopa si es “Cabillas Pesadas”.

Grafico de Amperaje

Puede grabarse un grafico de amperaje del motor como una función de

la posición de la barra pulida. Esto puede hacerse instalando un amperímetro

alrededor de uno de los tres terminales del motor. El gráfico de amperaje es

grabado usualmente en la misma pieza de papel de la carta dinagrafica. Este

grafico indica si la unidad esta balanceada o no. El gráfico de amperaje es una

herramienta útil para determinar el balanceo de la unidad y el amperaje trazado

por el motor. Es especialmente útil cuando se analizan unidades viejas sin data

disponible de manivela y contrapesas por lo que data de momento máximo de

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contrabalance no estaría disponible. El Capitulo 6 muestra un ejemplo del

grafico de amperaje para una unidad en condición de balance y otra fuera de

balance.

Longitud de la carrera y emboladas por minuto.

Longitud de carreras exactas y medidas de emboladas por minuto son

muy importantes cuando se analiza el comportamiento del sistema de bombeo.

La longitud de la carrera puede medirse con una cinta de medida sujetándola

en el elevador de la unidad al inicio de la carrera ascendente. Una forma más

conveniente es anotar el número del hoyo de la manivela, y obtener la longitud

de la carrera de los catálogos de las unidades. Si las dimensiones de la unidad

de bombeo son conocidas podría entonces calcularse la longitud de la carrera

como se explica en el ensayo de análisis kinematico de unidades de bombeo al

final del Capitulo 2.

Para medir las emboladas por minuto con exactitud (SPM), utilice un

cronometro. Medir el tiempo para varias emboladas (por ejemplo 10) y luego

dividir el número de emboladas por el número de minutos medidos. Por

ejemplo, si se miden 50 segundos para diez emboladas entonces las

emboladas por minuto serán:

Tiempo=50 segundos x 1 min/60 segundos = 0.83 minutos

SPM= Strokes/minuto = 10/0.83 = 12.05 strokes por minuto.

Nota: Cuando mida el tiempo para calcular las emboladas por minuto, utilice un

punto fácil de referencia en la embolada para arrancar el cronometro.

Por ejemplo, si se arranca al inicio de la carrera ascendente entonces haga lo

siguiente:

Data de Unidad de Bombeo y Motor.

Para hacer un análisis diagnostico con computadora que incluya las

cargas torque de la caja de engranaje, calculo de la carta dinagrafica de fondo,

cargas sobre la unidad motriz, etc., deberá registrarse data de campo adicional.

Para realizar el análisis de torque, se necesita identificar la unidad de bombeo

para calcular el factor de torque. Frecuentemente, se necesitara la designación

5

API para unidades de bombeo o el número del serial y el número de la

manivela para identificar la unidad. La designación de la unidad de bombeo se

encuentra en una placa metálica remachada al poste sanson. Unidades nuevas

tienen designaciones API. Unidades viejas fabricadas antes de las unidades de

bombero API Estándar tienen designaciones que son diferentes a la

terminología API. En tales casos se deberá ser capaz de poner junto una

designación API equivalente. Observe en la placa de la caja de engranaje para

la capacidad de la caja. Mida la longitud de la embolada o descifre información

adicional a partir de la placa de la unidad para la capacidad de la estructura y la

longitud de la embolada. Si la placa es legible entonces escriba el número

serial de la unidad o numero de orden. Si el fabricante de la unidad se

encuentra aun en el negocio, podría entonces conseguir la data necesaria. Una

base de datos con la data de la geometría de la unidad de bombeo será valiosa

para análisis de computadora rutinarios de su sistema de bombeo mecánico.

Si se cuenta con data acerca de la manivela y las contrapesas o si se tiene un

programa como el CBALANCE (Desarrollado por Theta Enterprise) entonces

podrá fácilmente calcular el momento Maximino de contrabalanceo.

De esta manera se realiza un análisis de torque sin tener que medir el efecto

de contrabalanceo en el campo. También, con un programa como el

CBALANCE se podría balancear la unidad de bombeo en solo un pozo debido

a que puede calcular de manera exacta hacia donde y cuanto mover las pesas

para balancear la unidad.

Análisis de Torque

La caja de engranaje suministra el torque que la unidad de bombeo

necesita para bombear el pozo. El torque neto en la caja de engranaje depende

de las cargas en la barra pulida y el momento de contrabalanceo. Para

entender como esta interacción toma lugar observe la Figura 5.1. Como se

muestra, la carga en la barra pulida (PRL) actúa a través de la estructura de la

unidad de bombeo aplicando una fuerza (P) en el brazo Pitman. Esta fuerza

aplica un torque Tp en el eje de la caja. El peso de la manivela y las

contrapesas (W) aplican un torque Tw en el eje de la caja de engranaje en la

dirección opuesta a Tp. Por lo tanto, el torque neto en la caja de engranaje es

la suma de estos dos torques o:

5

Donde:

Tp= Torque causado por las cargas en la barra pulida.

Tw= Torque originado por la contrapesas.

Balanceo de las Unidades de Bombeo

Las contrapesas ayudan a reducir el torque que la caja debe suministrar

para operar la unidad. Sin embargo, solo colocando peso en la manivela de la

unidad no es suficiente para minimizar el torque neto sobre la caja. Su tamaño

y peso determina si reducen o por el contrario incrementan el torque sobre la

caja. Idealmente, se quiere tener suficiente contrabalanceo para minimizar las

cargas sobre la caja. Esto es lo que se hace para “balancear la unidad”. La

unidad puede balancearse ajustando las contrapesas de manera que el torque

pico de la caja en la carrera ascendente sea igual al torque pico de la caja en la

carrera descendente. El balanceo de la unidad es muy importante para

extender la vida útil e la caja de engranaje y para reducir el tamaño de la

unidad motriz y por ende el consumo de energía. Debido a que balancear la

unidad ayuda a minimizar el torque neto sobre la caja, no siempre reduciría el

consumo de energía. Algunas veces, cuando se balancea la unidad, el

consumo eléctrico aumenta ligeramente. Si la unidad esta significativamente

fuera de balance entonces frecuentemente el consumo de energía disminuirá.

Aunque en la práctica el balanceo perfecto es raramente alcanzado, es

importante mantener la unidad tan cerca de estarlo como sea posible. Unas ves

que la unidad se encuentra balanceada, esta permanecerá así hasta que algo

cause un cambio en las cargas sobre la barra pulida. Razones por las que una

unidad queda fuera de balance incluyen: Cambios en el nivel de fluido, desgate

de la bomba, acumulación de parafinas, rotura de cabillas, etc.

Una unidad “sobre balanceada” o “Pesas Pesadas” tiene más

contrabalance del que realmente necesita. Esto significa que las contrapesas

son muy grandes, están demasiado alejadas del eje de la caja, o ambas. Una

unidad “Bajo balance” o “Cabillas Pesadas” no tiene suficiente contrabalance.

Esto significa que las contrapesas son demasiado pequeñas, están muy cerca

al eje de la caja, o ambos. Algunas unidades están sobre balanceadas incluso

5

sin contrapesas en las manivelas. Esto ocurre cuando la unidad es demasiado

grande para el pozo en particular, o si la carga en las cabillas es drásticamente

reducida debido a una bomba dañada o alto nivel de fluido. En pozos someros

de alta producción, donde son necesarias emboladas largas, podría no ser

necesario un gran contrabalanceo. Esto es debido a que las cargas en la barra

pulida son usualmente más bajas comparadas con pozos profundos. En estos

casos las unidades de bombeo son frecuentemente utilizadas con manivelas de

poco peso.

Balanceando con un Amperímetro

El método mas común para balancear la unidad es usando un

amperímetro. El amperímetro es conectado a los cables del motor y se mide el

amperaje trazado por el motor durante un ciclo de bombeo. La corriente

eléctrica dibujada por el motor es proporcional al torque sobre la caja de

engranaje. Si el amperaje pico leído en la carrera ascendente es cercanamente

igual al de la carrera descendente entonces la unidad estará balanceada. Si no

es así, la unidad deberá detenerse, se moverán las pesas, y nuevamente se

revisaran los picos de amperaje en ambas carreras hasta que ambos sean

iguales o muy similares. En este punto la unidad se considerara balanceada.

Efecto de Balancear la Unidad en el Comportamiento el Sistema

Una Unidad apropiadamente balanceada es importante para optimizar el

sistema. La caja de engranaje de una unidad balanceada podría durar más

tiempo que en una unidad fuera de balance. También, si se mantiene la unidad

balanceada puede usarse un motor más pequeño. Esto no solo reduce el costo

de capital sino también incrementa la eficiencia del sistema. Esto se debe a

que el motor que esta dimensionado correctamente a los requerimientos del

pozo seria más eficiente que uno sobredimensionado. Usualmente, balancear

la unidad minimiza el factor de cargas cíclicas. Esto tiene un efecto directo en

el consumo de energía y eficiencia de la unidad motriz.

Sarta de Cabillas de Succión

La sarta de cabillas es la línea de transmisión para la energía mecánica

que maneja la bomba de subsuelo. Mientras la bomba realiza su ciclo de

bombeo, las cabillas están sujetas a cargas fluctuantes. Durante el ascenso, la

5

carga en las cabillas es alta porque el pistón recoge la carga del fluido. Durante

el descenso, la carga en las cabillas es menor porque la carga del fluido se

transfiere de las cabillas a la tubería. Esta reversión crea tensiones que viajan

por las cabillas a la velocidad del sonido (16500 pie/seg. en el acero)

resultando en fatiga y eventual falla en las cabillas. Aunque todas las sartas de

cabillas fallan eventualmente, se puede controlar la vida de la sarta de cabillas

mediante una selección adecuada. Un buen diseño de sarta de cabillas

considera no solo la carga del fluido, sino también carga de fatiga y

corrosividad del pozo.

Diseño del Sistema

Cuando se diseña un sistema de bombeo mecánico se intenta especificar

el equipo, emboladas por minuto y longitud de la carrera requerida para obtener

la producción deseada al más bajo costo posible.

Hasta los años 50 los métodos de diseño de bombeo mecánico fueron

principalmente empíricos o se desarrollaron bajo sobre simplificaciones de la

realidad. El sobreviviente mas conocido de todas estas viejas técnicas es el

Método de Mill’s que es todavía utilizado por algunas personas, usualmente en

su forma modificada. Sin bien estos métodos pioneros son simples y fáciles de

usar, su precisión y consistencia son pobres.

Controles Automáticos en las operaciones con bombeo mecánico

Hay dos tipos generales de controles que miden el tiempo para la

operación de la bomba. Un reloj de 24 horas se puede utilizar para fijar los

períodos por intervalos durante un día o un contador de tiempo del porcentaje

se puede utilizar para regular el porcentaje del tiempo que la bomba esta

encendida dentro de un período dado. Los contadores de tiempo del porcentaje

se encuentran a menudo en las cajas más nuevas del control automático en

vez de los relojes de 24 horas, aunque ambos todavía tienen su lugar y

continuarán estando disponibles para los usos especiales.

Hay varios estilos del reloj de 24 horas. Algunos son controlables en 15

minutos On y Off por ciclos, mientras que otros pueden ser controlados para los

intervalos de 5 minutos o de menos.

5

Estos relojes se satisfacen bien para fijar las bombas al funcionamiento en

una hora específica o con los ciclos de bombeo irregulares. Los contadores de

tiempo del porcentaje son disponibles en los ciclos de 15 minutos o más. Los

contadores de tiempo del porcentaje tienen un dial de control que permita que

el contador de tiempo sea fijado para funcionar un porcentaje seleccionado del

ciclo del contador de tiempo. Así, si un contador de tiempo 15-minute se fija por

un tiempo de pasada 50 %, la unidad de bombeo funcionará por los minutos

7½ y después estará apagada por los minutos 7½ durante cada ciclo de 15

minutos. Porque hay 96 ciclos 15 minutos en un día, la unidad funcionará los

minutos 7½ con cada uno de los 96 ciclos en un día. Semejantemente, si un

contador de tiempo de dos horas se utiliza con el dial fijado para el 25%, la

unidad se adelantará por 30 minutos y después dará vuelta apagado para 1

hora y 30 minutos, y después se adelantará otra vez. Este ciclo será repetido

12 veces por día, y la unidad funcionará 12 veces por el día para un tiempo de

pasada total de 6 horas o el 25% de un día.

Mantenimiento de la unidad de bombeo en las operaciones con bombeo

mecánico.

El primer paso en mantener la unidad de bombeo es instalar un buen horario

de mantenimiento en el libro de registros del campo y seguirlo. Una razón que

es el libro de registro así que importante es que ayuda al ingeniero para utilizar

los procedimientos de mantenimiento correctos. Por ejemplo, el almacén típico

de la fuente tendrá muchos tipos de lubricantes, en varios pesos, con diversos

añadidos, y disponible en tubos, cubos, y otros estilos de envases. Para cada

uso en el campo, un número limitado de lubricantes será apropiado de utilizar,

y a menudo solamente uno que sea verdad conveniente. El ingeniero no puede

esperar recordar cada tipo de lubricante que se requiera y donde debe ser

utilizado. Manteniendo expedientes completos y exactos, el ingeniero se puede

asegurar de usar el tipo y la cantidad correctos de lubricante y sabrá cuándo el

equipo se ha lubricado o requerirá después el cambio de lubricante.

Además, el ingeniero puede evitar de mezclar los lubricantes que pueden no

ser compatibles con uno y otro

La inspección diaria.

El equipo del yacimiento de petróleo es muy confiable y puede funcionar

por años entre los problemas serios no obstante, la inspección diaria puede

5

ampliar la vida de la unidad localizando problemas antes de que haya ocurrido

el daño. Al hacer cualquier inspección, el ingeniero debe escuchar

cuidadosamente con el volumen de la radio del vehículo dado vuelta totalmente

abajo porque los sonidos que las marcas de una unidad de bombeo pueden

hablar mucho de su condición. La inspección debe también incluir una

comprobación para escapes del aceite lubricante, así como mirar en la tierra

para observar los posbles objetos flojos o sueltos, tales como pernos, las

tuercas, y las arandelas. La inspección semanal.

Los pasos de la inspección semanal incluyen:

1. Realice los pasos de la inspección diaria.

2. Camine totalmente alrededor de la unidad de bombeo y obsérvela en la

operación.

3. Pare en los buenos puntos de la observación para mirar las piezas montadas

para una revolución completa, buscando el movimiento y la vibración inusuales

y escuchando ruidos. Comprobando el nivel y la condición de aceite en la caja

de engranajes (cortesía de las industrias de Lufkin, inc...)

4. Compruebe para ver que la línea blanca en los pernos de seguridad del

brazo del pitman esté alineada correctamente

La inspección mensual.

Los pasos de la inspección mensual incluyen:

1. Termine los pasos de la inspección semanal.

2. Compruebe el nivel fluido en la caja de engranajes si hay evidencia de un

escape

3. Lubrique la silla de montar, la cola, y los cojinetes gastados del brazo del

pitman

De tres a seis meses de inspecciones.

De tres a seis meses inspecciones son especialmente importantes.

Algunas nuevas unidades de bombeo necesitan ser lubricadas completamente

cada seis meses. Mientras que la unidad consigue gastada, este intervalo

necesita ser acortado a cada cinco meses y entonces a cuatro meses y

entonces a tres meses. Con algunas unidades, la lubricación puede ser

necesaria cada mes, con la atención especial del mantenimiento mientras

tanto. Una parte de estas inspecciones se realiza con la unidad de bombeo en

5

el movimiento, y la parte de ella se realiza con la unidad cerrada y el sistema

de la palanca del freno.

  

Análisis Diagnostico

Ya que el bombeo mecánico fue usado primero para levantar petróleo, los

operadores han estado tratando de diagnosticar las causas de la reducción de

producción y las fallas en equipos. En los primeros días, el operador experto

podía detectar problemas tocando la barra pulida con su mano u oyendo la caja

de engranaje (así dicen). Sin embargo, al aumentar la necesidad de precisión,

se desarrollaron instrumentos diagnósticos para ayudar al operador a encontrar

problemas con mayor eficacia y precisión. El dinamómetro mecánico y el nivel

de fluido sonoro fueron los instrumentos que cambiaron la forma en que se

analizan los sistemas de bombeo.

Conclusión

El bombeo mecánico es uno de los métodos más antiguos de levantamiento

artificial es el bombeo mecánico, el cual es el más usado en el ámbito mundial

y nacional, tanto en la producción de crudos pesados como en la de

5

extrapesados, aunque también se usa en la producción de crudos medianos y

livianos.

El método consiste en la instalación de una bomba de subsuelo de acción

reciprocante que es abastecida con energía trasmitida a través de una sarta de

cabillas; esta energía proviene a su vez de un motor eléctrico o de combustión

interna el cual moviliza la unidad de superficie mediante un sistema de

engranajes y correas. El movimiento rotativo en la unidad de superficie se

convierte en movimiento reciprocante en el subsuelo.

El bombeo mecánico se fundamenta en la aplicación de una fuerza

torsional, que convierte el movimiento rotacional del motor-caja de engranaje

en movimiento reciprocante, a través del sistemas de bielas-manivelas; Con el

propósito de accionar una bomba de subsuelo reciprocante, mediante una sarta

de cabillas.

Sus principales componentes son:

a) Bombas de subsuelo.

b) Cabillas de succión.

c) Elementos superficiales.

En conclusión se tiene que el funcionamiento del bombeo mecánico

consiste en una bomba que se baja dentro de la tubería de producción, la cual

es accionada por medio de unas varillas que transmiten un movimiento desde

el aparato de bombeo que consta de un balancín. La principal dificultad que

presenta la implementación de este método es el hecho de que no puede ser

utilizado a grandes profundidades debido a las grandes extensiones de varillas

que deberían usarse.

La principal característica de este método es utilizar una unidad de

bombeo para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a través de una

sarta de cabillas y mediante la energía suministrada por un motor. Los

componentes del bombeo mecánico esta compuesto básicamente por las

siguientes partes: unidad de bombeo, motor (superficie), cabillas, bomba de

5

subsuelo, anclas de tubería, tubería de producción (subsuelo). Un equipo de

bombeo mecánico (también conocido como “balancín” o “cigüeña”) produce un

movimiento de arriba hacia abajo (continuo) que impulsa una bomba

sumergible en una perforación. Las bombas sumergibles bombean el petróleo

de manera parecida a una bomba que bombea aire a un neumático. Un motor,

usualmente eléctrico, gira un par de manivelas que, por su acción, suben y

bajan un extremo de una eje de metal. El otro extremo del eje, que a menudo

tiene una punta curva, está unido a una barra de metal que se mueve hacia

arriba y hacia abajo. La barra, que puede tener una longitud de cientos de

metros, está unida a una bomba de profundidad en un pozo de petróleo. El

balancín de producción, que en apariencia y principio básico de funcionamiento

se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el movimiento de

sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba,

colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundidad del

fondo del pozo.

La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la

carrera descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula

viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería de educción. En la

carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el

petróleo que está en la tubería y la válvula fija permite que entre petróleo a la

bomba. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente

(emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie. Como en el bombeo

mecánico hay que balancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el

contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancín o en la

manivela.

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos63/metodos-levantamiento-artificial/

metodos-levantamiento-artificial4.shtml

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http://yacimientos-de-gas.blogspot.com/2009/01/bombeo-mecnico.html

Manual Bombeo Mecanico Avanzado

© Theta Enterprise, Inc. 1989-2005

JohnG. Svinos, PresidenteTheta Enterprise, Inc.1211 West Imperial Hwy., Suite 105Bera, CA 92821-USA

Maracaibo, Venezuela 2005

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