Bombeo deCavidad Progresiva

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA

Los Sistemas BCP consisten típicamente de un accionamiento de

superficie, la Bomba de Cavidad Progresiva propiamente dicha, la

sarta de varillas de bombeo, la tubería de producción y otros

aditamentos de fondo y superficie.

La Bomba (BCP) comprende dos elementos principales:

Un Rotor elemento de forma helicoidal, el cuál gira y se desplaza excéntricamente dentro de un elemento con geometría de doble hélice, el Estator, el cual contiene un polímero de alto peso molecular (elastómero).

En la mayoría de las instalaciones, el estator se conecta al final de la

tubería de producción y el rotor a la sarta de varillas la cual

transmite a este, desde un accionamiento en superficie, la energía

necesaria para la acción de bombeo (rotación y torque).

3

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA

Equipo de Subsuelo

Poleas y Correas

Cabezal

Stuffing Box

Te de Bombeo

Motor Electrico

Varilla Pulida

Varillas con Cuplas

Equipo de Superficie

Estator BCP

Rotor BCP

Anti-Torque

Sarta de Tubería

Niple de Paro

Varillas con Cuplas

4

RANGOS DE APLICACIÓNRango Típico

Máximo

Profundidad de Operación, TVD (ft) 600 a 4,500 < 11,000

Volumen de Operación (BPD) 5 a 2,500 5,000

Temperatura de Operación (°F) 68° a 140° 250°

Desviación (°/100ft) 0° a 6° 15°

Manejo de la Corrosión Bueno

Manejo de Sólidos Bueno

Gravedad API del Fluido 8° < API < 45°

Fuerza Motriz Eléctrico, Diesel o Gas

Aplicación Offshore Bueno

Eficiencia del Sistema 55% a 70%

5

VENTAJAS

• Sistema de levantamiento artificial de mayor eficiencia.

• Excelente para producción de crudos altamente viscosos.

• Capacidad para manejar altos contenidos de sólidos y moderado contenido de gas libre.

• No tiene válvulas, evitando bloqueos por gas.

• Buena resistencia a la abrasión.

• Bajos costo inicial y potencia requerida.

• Equipo de superficie relativamente pequeño.

• Consumo de energía continuo y de bajo costo.

• Fácil de instalar y operar.

• Bajo mantenimiento de operación.

6

LIMITACIONES

• Tasas de producción de hasta 10 B/D/RPM (5,000 B/D).

• Levantamiento neto de hasta 11,000 pies (4,800 psi).

• Temperatura de operación de hasta 210 ºF (máximo 250 ºF).

• El elastómero tiende a hincharse o deteriorarse cuando es expuesto al contacto con ciertos fluidos (aromáticos, aminas, H2S, CO2, etc.).

• Baja eficiencia del sistema cuando existe alto contenido de gas libre.

• Tendencia del estator a dañarse si trabaja en seco, aún por períodos muy cortos.

• Desgaste de cabillas y tubería en pozos altamente desviados.

• Tendencia a alta vibración si el pozo trabaja a altas velocidades.

COMPONENTES DEL SISTEMAEQUIPOS DE SUBSUELO (BOMBA)

• Bomba de desplazamiento positivo compuesta por dos componentes principales:

• El Rotor:Es la única parte móvil de la bomba,

construido de acero de alta resistencia, con superficie cromada (resistencia a la abrasión); es maquinado con “n” lóbulos.

• El Estator:Componente estacionario (o fijo)

compuesto por un tubo de acero revestido internamente con un polímero de alto peso molecular (elastómero) el cual tiene forma de doble hélice (n+1 lóbulos).

7

ANIMACIÓN BOMBA DE CAVIDAD PROGRESIVA

8

9

Equipos de Fondo - AccesoriosMovimientos excéntricos del rotor

CONFIGURACIÓN DEL ROTOR

10

Lóbulo Simple: El centro de la sección transversal NO es el mismo centro del rotor.

Lóbulo Simple: El centro de la sección transversal NO es el mismo centro del rotor.

Multilóbulos: El centro de la sección transversal SI es el mismo centro del rotor.Multilóbulos: El centro de la sección transversal SI es el mismo centro del rotor.

GEOMETRÍA DE LA BOMBA

Controlada por 4 parámetros:

1 Relación de lóbulos

2 Paso del estator

3 Diámetro del rotor

4 Offset, excentricidad

11

OFFSET O EXCENTRICIDAD• La excentricidad es la diferencia entre el diámetro mayor y menor

del rotor.

• La geometría de la bomba rige el movimiento excéntrico del rotor alrededor de la línea de centro del estator.

Minor Diameter (d)

Major Diameter (D)

Eccentricity (e)

D

e

d

Rotor Center Line

Stator Center Line

12

DINÁMICA DE LAS CAVIDADES

• Las cavidades son una longitud de paso del estator

• En una BCP 1:2 hay siempre dos cavidades, uno en cada lado del rotor

• Una cavidad empieza cuando la otra finaliza

• Cuando una cavidad se cierra otra se abre; el área de sección transversal es constante lo que origina un flujo sin pulsaciones.

13

CAPACIDAD VOLUMÉTRICA DE LA BCP

Area Efectiva de Flujo

Rotor

4 x Excentricidad

Estator

DiámetroRotorPaso del Estator

Paso del Rotor

V: Desplazamiento

A: Área sección transversal

e: Excentricidad

V = A . P = C . 4 . e . d . Pd: Diámetro del Rotor

P: Longitud Paso del Estator

C: Constante (5.94E-1)

BAJA EXCENTRICIDAD

ALTA EXCENTRICIDAD

SIMILAR AREA TRANSVERSAL

SIMILAR CAPACIDAD VOLUMETRICA

CORTA SECCIÓN TRANSVERSALPASO LARGO

LARGA SECCIÓN TRANSVERSALPASO CORTO

14

HISTÉRESIS

• Capacidad de un material de volver a su forma original.

• Las fuerzas oscilatorias causan un incremento del calor interno del elastómero debido a la fricción intermolecular.

• La extensión de la vulcanización resulta en un cambio de las propiedades mecánicas del elastómero.

• Las fallas por baja histéresis son causadas por:

• Ajuste de interferencia Rotor/Estator

• Alta Presión Diferencial

• Hinchamiento

15

HISTÉRESIS

16

• Frecuencia de Deformación:

• Controlada por la velocidad de operación.

• A mayor velocidad, mayor será el efecto.

• Tasa de Flujo:

• La disipación del calor es controlada por:

• Tipo de Fluido

• Volumen Producido

• Trabajo de la Bomba en Vacío

• Velocidad de Flujo

HISTÉRESIS• Para alargar la vida útil de la bomba se adicionan líneas de sello

(cavidades) y se reduce la interferencia.

0 50 100 150

0 30 60 90 120 150

Eficiencia Volumétrica = 80%

Eficiencia Volumétrica = 80%

Ajuste de Interferencia de 0,010 pulgadas

Ajuste de Interferencia de 0,005 pulgadas

BOMBA #1

BOMBA #2

17

ELASTÓMEROSCAUCHOS DE NITRILO

• La mayoría de los elastómeros utilizados para BCP son clasificados como caucho de nitrilo, Buna N o NBR.

• Es un compuesto de Acrilonitrilo (ACN) y Butadeno.

• Variando el contenido de acrilonitrilo se obtiene un amplio rango de propiedades físicas y químicas.

• El contenido de ACN varía considerablemente entre los diferentes fabricantes, de 15% a 50%.

• Los fabricantes generalmente ofrecen cauchos medio-alto ACN (25-35%) y ultra-alto ACN (>40%).

18

• Al aumentar en contenido de acrilonitrilo:

• Mejora la resistencia a solventes y aromáticos

• Mejora la resistencia al H2S

• Aumenta la resistencia a la tensión

• Disminuye la resistencia a la abrasión

• Incrementa el límite de temperatura de operación

• Empeoran las propiedades mecánicas

• Disminuye la permeabilidad

HINCHAMIENTO

• Elastómero es una membrana permeable;

• Hinchamiento es el resultado de la absorción del fluido por difusión en el elastómero hasta alcanzar el equilibrio;

• Productos que pueden causar hinchamiento:• oleos con alto grado API, que contienen aromáticos;• agua;• gas.

• Fluidos de alta compatibilidad con el elastómero provocan alto hinchamiento.

• Ej.: Benceno, Tolueno, Xileno.

19

HINCHAMIENTO• Diferentes elastómeros poseen variables grados de

compatibilidad con el fluido.

• Ej: Oleos aromáticos causan alto hinchamiento en Medio Nitrilo y bajo hinchamiento en Alto Nitrilo.

• Disminución de compatibilidad con el fluido disminuye el hinchamiento.

• El hinchamiento puede causar excesiva interferencia entre rotor/estator.

• Elevada interferencia puede llevar a falla por histéresis.

• Estatores con hinchamiento presentan elevado torque por fricción y baja eficiencia volumétrica.

• Hinchamiento resulta en deterioración de propiedades químicas y mecánicas.

20

HINCHAMIENTO POR GAS• La tasa de permeabilidad es determinada principalmente por el tamaño, forma y polaridad del gas.

• Permeabilidad es un proceso de difusión que depende de:

• temperatura;

• presión diferencial;

• espesor del elastómero.

• La solubilidad determinará la cantidad de gas que el elastómero absorberá.

• Cuanto mayor el peso molecular del gas, mayor su solubilidad (CO2 y H2S son más solubles que CH4).

• Elastómeros con altos valores de difusividad permiten que el gas salga cuando hay una rápida reducción de presión.

21

22

Tecnologías Especiales

• Muchas variables asociadas• Necesario trabajar para aplicaciones específicas

• Elastómero de Nitrilo es adecuado solo para 100°C / 212°F para uso a largo plazo

• La reducción de las propiedades mecánicas es severa y su estructura física se degrada rápidamente con el tiempo

• Elastómeros HNBR ocasionalmente tienen potencial para el uso prolongado en ambientes con temperaturas de hasta 150°C / 300°F

• Es difícil formular para la resistencia al hinchamiento en petróleos medios y ligeros a temperaturas más altas

• Fabricado en base a polímeros HNBR son enfocados a nuevos materiales para resistir altas temperaturas

APLICACIONES PARA ALTAS TEMPERATURAS

23

• Elastómeros especiales (ej. fluoroelastomeros) tienen altos límites de resistencia a la temperatura

• Uso en desafiantes Estatores con pobres propiedades mecánicas, altos costos o procesos limitados

• Los Estatores Metálicos eliminan los problemas en fluidos con alta temperatura pero introducen otros problemas los cuales pueden desfavorecer a las principales ventajas de las BCP’s

• Mejorar la durabilidad del Elastómero adherido esencialmente al tubo, pero los sistemas de enlace químico se desglosan a temperatura elevada especialmente en la presencia de agua

• Problemas a partir de 85°C a 115°C (195°F a 240°F)

SOLUCIONES PARA ALTAS TEMPERATURAS

24

25

EQUIPOS DE FONDO - VARILLAS DE BOMBEO

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• Transmite potencia (torque) desde el sistema de superficie a la bomba en fondo de pozo

• En las aplicaciones BCP las varillas están sometidas a esfuerzos combinados de tensión y torsión.– La capacidad de resistencia a la tensión

de las varillas es afectada por el componente torsional.

– Cargas de flexión cíclicas pueden ocurrir en zonas de curvatura de la trayectoria del pozo (dog legs).

– La construcción de la varilla es mas crítica debido a las cargas de torsión aplicada constantemente.

• Las varillas están disponibles en diseños sólidos o huecos, convencionales o continuas.

26

• Fabricada en diferentes metalurgias para suplir las

diferentes exigencias y aplicaciones:

– API las clasifica como Grado C, D, y K.– Se cuenta con grados especiales para altas exigencias de

carga.– Ideal para pozos verticales o aplicaciones con bajas

desviaciones (dog legs).

EQUIPOS DE FONDO - VARILLAS CONVENCIONALESCARACTERÍSTICAS GENERALES

27

EQUIPOS DE FONDO - VARILLAS DE BOMBEOVARILLAS HUECAS

• Características Positivas:

– Diseño de las conexiones elimina las fallas por exceso de torques durante la instalación.

– El diseño de bajo perfil de los acoples, reduce el flujo turbulento y las caídas de presión locales.

– Permiten la inyección de fluidos por su interior.

– Su sección transversal disminuye la torsión de la sarta y por ende el backspin mecánico.

• Características Negativas:

– Alto costo (hasta tres veces mas que las convencionales) aun con la misma capacidad de torque.

– Tamaño mínimo disponible: 48mm (1.8988”)

– Se requiere de conectores especiales para la barra pulida y el rotor de la bomba.

28

• Características Positivas:– Fallas mínimas en los pines y acoples.

• Ya que no se utilizan acoples, no hay fallas de desconexión de cabillas.

– Reduce significativamente el desgaste en las cabillas y en la tubería de producción.

• Las cargas son distribuidas (en lugar de concentradas)

• Mayor vida útil de la tubería de producción en pozos con desviaciones.

– Bajo requerimientos de potencia y torque.• Se reducen las perdidas de flujo.

– Mayor eficiencia de bombeo. – Instalación y servicio de campo simple y

rápido

• Características negativas:– El costo puede llegar a ser cinco veces más

alto que la cabilla convencional de similares características.

– Se requiere de un equipo especial para su instalación y desinstalación.

EQUIPOS DE FONDO - VARILLAS DE BOMBEOVARILLAS CONTINUAS

EQUIPOS DE SUPERFICIECABEZAL DE ROTACIÓN Sus funciones básicas son:

• Sostener la sarta de varillas y manejar las cargas axiales del sistema.

• Suministrar el torque requerido en la barra pulida.• Rotar la sarta de varillas a la velocidad requerida en

forma segura.• Proveer una liberación segura a la energía almacenada

durante las paradas del sistema.• Prevenir que los fluidos producidos escapen del

sistema y contaminen el medio ambiente.

Para lograr estas funciones, el Cabezal consta de los siguientes componentes:

• Caja de engranajes.• Sistemas de Transmisión (ejes, poleas, correas, cajas

reductoras, etc.).• Mecanismo de control del backspin (freno o sistema de

control de giro inverso).• Soporte para el motor eléctrico.

29

CAJA REDUCTORA

CRUCETA DE PRODUCCION

MOTOR ELECTRICO

ARO ESPACIADOR

ASAS

LINEA DE FLUJO

BRIDA API 6B

ACOPLE

VALVULA DE 2”

PRENSA ESTOPAS

VALVULA DE 2”(TOMA DE SONOLOG)

VARIADOR DE FRECUENCIA

CABLE ELECTRICO

SUPERVISION CONTROL

THP/BHPAUTOMATIZACION

MOTORREDUCTOR

CABEZAL DE ROTACION

VARIADOR DE FRECUENCIA

30

EQUIPOS DE SUPERFICIECABEZAL DE ROTACIÓN

EQUIPOS DE SUPERFICIEACCESORIOS – VARIADOR DE FRECUENCIA

• Provee protección mecánico-eléctrica y control local o remoto del sistema

• Ajuste “infinito” de la velocidad de operación sin necesidad de cambiar poleas o cajas reductoras.

• Permite arranques y paradas suaves disminuyendo los picos de torque.

• Puede ajustar la velocidad de operación en función de variaciones en las exigencias de torque.

• Algunos modelos tienen capacidad de control del basckspin.

• Puede controlar el sistema en función de sensores de fondo/superficie (señales externas al VFD) y/o variables de operación internas a este (corriente, voltaje, etc) “lazos de control”

• Comunicación bidireccional a distancia (SCADA).

• Visualización sencilla de las variables de operación/control

• Alta relación prestaciones/inversión.31

Rotador de Tubería de mando Eléctrico Rotador de Tubería de mando “Auto-Rotante”

Equipos de SuperficieRotadores de tubería

Utilizado en conjunto con el Down-Hole Tubing Swivel

Reduce el desgaste de la tubería al distribuir el area de contacto entre esta y la sarta de cabillas.

Utilizado en pozos desviados, inclinados, horizontales o verticales con desviaciones localizadas (dog leg).

32

Equipos de superficie:Motor

Es el equipo giratorio que genera el movimiento giratorio del sistema.

Requiere bajos costos de mantenimiento, posee alta eficiencia, bajos costos de energía, es de fácil operación y de muy bajo ruido.

Equipos de superficie:Sistema de correas y poleas

Dispositivo utilizado para transferir la energía desde la fuente de energía primaria hasta el cabezal de rotación.

La relación de transmisión con poleas y correas debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezal seleccionado y de la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo (a la PCP).

35

BCP Electrosumergible

Bomba PCP

Eje Flexible

Sello

Caja Reductora

Motor Electro sumergible

• Ventajas:

– La sarta de varillas se halla eliminada, ya que el sistema motriz es esencialmente el de la ESP

– La bomba de fondo es una BCP

• Desventaja:

– Debido al diámetro del reductor de engranaje, la ESBCP requiere un diámetro mínimo del casing de 7”

BCP Electrosumergible

37

Diseño de un Sistema BCP

38

Características de los Fluidos a Levantar

39

Características de los Fluidos a Levantar

FLUJOGRAMA

Selección de la BombaCapacidad de Levantamiento

Capacidad VolumétricaCurvas de Comportamiento

Tipo de ElastómeroGeometría

Selección de las VarillasCargas, Torque, FuerzasContactos Cabilla/Tubing

Potencia, Torque y Velocidad Requeridos

en Superficie

Selección del Equipo de SuperficieCabezal de rotación

Relación de TransmisiónMotor, Variador

DISEÑO FINALDEL SISTEMA

Geometría del PozoTipo y Curvatura

Configuración del PozoDimensiones

Casing, Tubing, Varillas Limitaciones Mecánicas

Propiedades del FluidoTemperatura, Densidad, Viscosidad

Contenido de Agua y ArenaContenido de H2S y CO2

Otros Componentes

Condiciones del YacimientoComportamiento IPRTasa de Producción

Presión de Fondo FluyenteNivel de Fluido Dinámico

RGP Producida

Producción y Levantamiento

Requeridos

Presión de DescargaPresión de EntradaPérdidas de Presión

Profundidad de Asentamiento

VOLUMEN• La bomba se debe diseñar y seleccionar de manera

que tenga capacidad de producir la tasa requerida a las condiciones de operación:

requerida

diseño

QQ

100

Donde:

Qdiseño = Tasa de Diseño (m3/día o Bls/día)

Qrequerida = Tasa Requerida (m3/día or Bls/día)

= Eficiencia Volumétrica de la Bomba (%)

VOLUMEN• La tasa de flujo de diseño siempre será mayor a la tasa

requerida debido a las ineficiencias del sistema:

N

QV diseño

mínimo

Donde:

Vmínimo = Desplazamiento Mínimo Requerido (Bls/día/rpm)

Qdiseño = Tasa de Diseño (Bls/día)

N = Velocidad de Operación (rpm)

PRESIÓN• La capacidad mínima de presión requerida es

determinada por el levantamiento neto necesario, es decir, la diferencia entre la presión de descarga y la de entrada:

entradadescarganeto PPP

Donde:

Pneto = Levantamiento Neto Requerido (psi)

Pdescarga = Presión de Descarga (psi)

Pentrada = Presión de Entrada (psi)

PRESIÓN• La presión de entrada de la bomba es determinada por la

energía del yacimiento (comportamiento IPR). Puede calcularse como:

líquidogascasingentrada PPPP

Donde:

Pentrada = Presión de Entrada (psi)

Pcasing = Presión de Superficie del Anular (psi)

Pgas = Presión de la Columna de Gas (psi)

Plíquido = Presión de la Columna de Líquido (psi)

PRESIÓN• La presión de descarga es determinada por el requerimiento de

energía en la superficie y la configuración mecánica del pozo:

pérdidaslíquidotubingdescarga PPPP

Donde:

Pdescarga = Presión de Descarga (psi)

Ptubing = Presión de Superficie (psi)

Plíquido = Presión de la Columna de Líquido (psi)

Ppérdidas = Pérdidas de Flujo (psi)

46

TABLAS DE DATOS – VARILLAS API

47

CÁLCULO DE CARGAS AXIALES - VARILLAS• La carga axial que soportan las varillas de bombeo está

determinada por el peso de las varillas, el efecto de la presión sobre la bomba y por las fuerzas de levantamiento o empuje.

48

CÁLCULO DE CARGAS AXIALES - VARILLASDonde:

Lcarga axial = Carga axial en la sarta de varillas (lbs)

Lbomba = Carga sobre la bomba (lbs)

Lvarillas = Peso de la sarta de varillas (lbs)

Flevantamiento = Fuerza de levantamiento o empuje (lbs)

C1 = Constante (0.79)

C2 = Constante (0.7854)

C3 = Constante (0.000006242)

Wr = Peso de las varillas (lbs/pie)

Pe / Pd = Presión de Entrada y descarga de la bomba (psi)

e = Excentricidad de la bomba (in)

Dr = Diámetro externo de la sarta de varillas (in)

Dc = Diámetro externo de la cupla o del centralizador (in)

Dt = Diámetro interno de la tubería de producción (in)

L = Longitud de la sarta de varillas (pies)

Q = Caudal (bls/día)

μ = Viscocidad (cp)

REQUERIMIENTO DE TORQUE Y POTENCIA

• El torque puede ser definido como la energía necesaria para hacer girar el rotor y mover el fluido hacia superficie.

• El Torque de la Bomba comprende un componente hidráulico y un componente de fricción:

• Torque Hidráulico es la energía requerida para vencer la presión diferencial a través de la bomba.

• Torque de Fricción es la energía requerida para vencer el ajuste de interferencia entre rotor y estator. F(fit, recubrimiento, elastómero, L).

• Torque Viscoso es la energía requerida para desplazar un fluido a través de las cavidades de la bomba. F(viscosidad).

REQUERIMIENTO DE TORQUE Y POTENCIA

• El torque hidráulico es directamente proporcional a la presión diferencial y al desplazamiento de la bomba.

• Thidráulico= C V Pneto

Thydráulico = Torque Hidráulico (lbs*pie)

C = Constante (Imperial: 8,97E-3)

V = Desplazamiento (Bls/día/rpm)

Pneto = Presión Diferencial (psi)

• Ttotal = Thydráulico + Tfricción + Tviscoso

• Dimensionamiento de la sarta de cabillas.

REQUERIMIENTO DE TORQUE Y POTENCIA

• La potencia requerida para mover el sistema es una función directa del torque total.

• Psistema = C N Ttotal

Psistema = Potencia del sistema (HP)

C = Constante (Imperial: 1,91E -4)

N = Velocidad de Operación (rpm)

Ttotal = Torque Total (lbs*pie)

• Selección del cabezal y dimensionamiento del motor.

TORQUE Y POTENCIA• Torque Hidráulico es el torque requerido para mover el fluido.

• TorqueHid.(ft-lbs) = 0.03878 x(bbl/día) x (pies de Levantamiento)

Rpm

• Potencia Hidráulica es la potencia para mover el fluido.

• HPHid = 1.7E-5 x (bbl/day) x (psi)

• Relación Torque - Potencia

• HP = Torque x Rpm /5252

1. Confirmar que el equipo este configurado para realizar las siguientes conexiones.

2. Medir la distancia b, desde el pin de paro al fondo del estator.

3. Llenar el pozo con fluido muerto y correr el tubing con el estator y el ancla de torque.

INSTALACION

PIN DE PARO

ESTATOR

BFuente. Principios fundamentales para diseños

de bombas PCP .

4. Calcular el numero de cabillas.

5. Engrasar el rotor para facilitar la inserción del mismo dentro del estator.

6. Insertar la sarta de cabillas en el pozo con el rotor conectado en el fondo.

7. Bajar la sarta de cabillas lentamente hasta observar rotación de la misma.

8. Cuando las cabillas empiecen a rotar, bajar lentamente la sarta de cabillas.

9.Continuar bajando la sarta de cabillas..

INSTALACION

10. Subir lentamente la sarta de cabillas.

11. Marcar la cabilla superior al nivel de la tee de producción.

12. Levantar la sarta y desconectar la cabilla superior.

13. Medir la distancia A.

14. Calcular la longitud L, así:

INSTALACION

DISTANCIA CDISTANCIA C

NEGATIVA

A. CABEZAL DE EJE HUECO

B. CABEZAL DE EJE INTEGRADO

INSTALACION

15. En el caso de cabezales integrados, la longitud de pony rods equivalentes a «L» debe sumarse a la sarta de cabillas.

16. Para un cabezal de eje hueco con un stuffing box integrado.

Para cabezales de eje hueco con stuffing box separado.

Engrasar la barra pulida e insertarla a través del stuffing box usando una conexión cónica de protección. Roscar un acople en la base de la barra pulida y levantar todo el conjunto en posición vertical.

INSTALACION

Bajar y conectar la barra pulida con la sarta de cabillas y el stuffing box con la tee de producción. Asegurarse de cumplir con estas especificaciones de manera que el torque aplicado para la conexión no sea excesivo.

TOPE DE LA SARTA DE CABLITAS BARRA PULIDA

GRAMPA DE SEGURIDAD

CUERPO DEL CABEZAL

PUNTO DE REFERENCIA

INSTALACION

PUNTO DE REFERENCCIA

PUNTO DE REFERENCIA

GRAMPA DE SEGURIDAD

ACOPLE DE CONEXIÓN ENTRE BARRA PULIDA

Y LA SARTA DE CABLITAS

ESPACIADO DE LA BARRA DE 6 A 24 PULGADAS (15-60

CMS)

CONEXIÓN DE BARRA PULIDA CONEXIÓN DEL CABEZAL

• Profundidad máxima de Bomba: 3200 pies

• Nivel estático: 1000 pies

• Nivel dinámico: 2645 pies

• Producción petróleo para 2645 pies: 80 b/d

• Producción agua para 2645 pies: 20 b/d

• Gradiente estático en el anular: 0,373 lpc/pie

• Gradiente dinámico en el anular: 0,370 lpc/pie.

• Gradiente de los fluidos en el eductor: 0,425 lpc/pie

• Presión en cabezal tubería producción.: 100 lpc

• Presión en cabezal revestidor: 0 lpc

• Diferencial de presión en el eductor: 240 lpc

• Velocidad máxima: 250 r.p.m.

EJEMPLO - DATOS

• Desprecie el volumen de gas en el anular.

• Considere viscosidad muy baja (1 cps)

• Asuma tasa de gas en la bomba, despreciable (RGP/RGL muy bajas).

• Utilice ecuaciones para IP constante.

• Considere un factor de seguridad para el head de 20%

CONSIDERACIONES

• Tasa de producción (considere una sumergencia de 200 pies).

• Presión / head en la bomba.

• Seleccionar bomba.

• Velocidad de operación

• Diámetro de cabillas

• Potencia en el eje

• Torque

• Carga axial en el cabezal

• Vida útil de los rodamientos

• Seleccionar modelo de cabezal

CALCULAR ?

EJEMPLO DEL DISEÑO

IP constante

• IP = Q / (Ps – Pwf)

• Ps = 0,373 lpc/pie x (3200 – 1000) pies = 821 lpc

• Pwf = 0,370 lpc/pie x (3200 – 2645) pies = 205 lpc

• IP = 100 b/d / (821 – 205) lpc = 0,162 b/d /lpc

• Qmáx = IP x Ps = 0,162 b/d /lpc x 821 lpc = 133 b/d

CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION

Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel dinámico a estas condiciones de operación seria de :

• 3000 pies (3200´-200´)

la Presión fluyente sería :

• Pwf= 0.3700 lpc/pie x (3200 –3000) pies = 74 lpc

Finalmente la tasa para un nivel dinámico de 3000 pies es de:

• Q = IP x (Ps – Pwf) = 0,162 b/d /lpc x (821 –74) lpc = 121 b/d.

CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION

• ΔP = P2 – P1

• P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0,370x(3200-3000) = 74 lpc

• P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0,425x3200 + 240 = 1700 lpc

• ΔP = 1700 – 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc

• Head = 1626 lpc / 0,433 lpc/pie = 3755 pies x Fs = 4506 pies.

Se trabajará con 1950 lpc ó 4500 pies (1372 mts).

CALCULO DE LA PRESION DE LA BOMBA

PWF (psi) Q (STB/día)0 518,4

200 486400 453,6600 421,2800 388,8

1000 356,41200 3241400 291,61600 259,21800 226,82000 194,42200 1622400 129,62600 97,22800 64,83000 32,43200 0

0 100 200 300 400 500 6000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Pwf

Q

IPR CONSTANTE

67

Con un head de 1370 mts:

BOMBA DIAMETRO(pulg)

B/D (100 rpm y 0 Head)

r.p.m. para 120 b/d y 1950 lpc

30TP2000 2-3/8 34 400

80TP2000 2-3/8 100 145

60TP2000 2-7/8 83 175

120TP2000 3-1/2 151 110

180TP2000 4 226 75

430TP2000 5 542 50

Se aprecia que todas las bombas, excepto la 30TP2000, cumplen con el criterio de velocidad de operación menor a 250

r.p.m. (criterio de diseño).

TIPOS DE BOMBA

Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje del impulsor de:

• 60TP2000; 5,0 Kw = 6,7 Hp

• 80TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp

• 120TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp

Suponiendo que las tres puedan mecánicamente ser instaladas en el pozo, se seleccionará la bomba 80TP2000 para disponer de cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con mayor producción.

• La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tubería de

• 2-3/8” o 2-7/8”. Asumiremos tubería de 2-7/8”.

SELECCIÓN DE BOMBA

Nomograma para selección de las cabillas.Según el nomograma se podrían utilizar cabillas de 3 / 4”. Ya que la tubería es de 2-7/8” se podría elegir una sarta de cabillas (usada) de

7/8” grado “D”.

BOMBA 80TP2000

• Profundidad de bomba = 3200 pies.

• Diámetro de cabillas = 7/8 “

• Fr = 3500 daN

• Altura = 4500 pies

• Bomba serie 2-3/8”

• Fh = 1000 daN

• Carga axial = 4500 daN =10115 lbs. = 4,6 Tn

Con la carga axial y la velocidad de rotación se utilizan las curvas de los rodamientos de los cabezales de rotación y en función del cabezal elegido, se puede calcular el tiempo de

vida.

CARGA AXIAL

Seleccionando el cabezal de rotación modelo AV1-9-7/8”, con 4,6 Tn de carga axial y girando a 145 r.p.m., se obtiene una duración

mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 años)

CABEZAL DE ROTACION

RPM

Life (Hours x1000)

• Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies.

• Tubería de 2-7/8” con cabillas de 7/8”.

• Velocidad de operación 145 r.p.m.

• Cabezal de rotación de 9000 lbs

• La potencia del motor dependerá del equipo de superficie a utilizar, estos es, motovariador, moto reductor o equipos de poleas y correas.

• La potencia en el eje es de 7,3 Hp

• El torque del sistema 264 lbs-pie.

EL DISEÑO QUEDA ASI...

• El pozo recupera el 100% del caudal.

• Qmax= 518,4 STB/dia

• Inversiones para poner a producir el pozo:

• Trabajo de reactivación del pozo: US$500.000.oo.

• Instalación de facilidades de superficie: US$50.000.oo.

• Costo de Instalación: US$250.000.oo

• Lifting Cost: US$15.oo/Bl

• El precio del crudo es de $US100.oo/Bl.

• Se entrega al gobierno nacional un 20% de la producción por regalías.

ANALISIS ECONOMICO

• Ganancias=(518.4(STB/dia)*365 días*$100/bl*0,8)

• Ganancias = $ 15137280

• Inversiones= costo de reactivación + costo de instalación facilidades de superficie y levantamiento artificial

• Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15/bl)*365 días*518.4(STB/dia))=$ 3638240

• Rentabilidad = Ganancias- Inversiones

• Rentabilidad = $ 15137280 - $ 3638240= $11499040

• El diseño de bomba utilizado deja una rentabilidad a un año de $11499040, lo que nos indica que fue un buen prospecto y generará buenas expectativas la instalación de dicho sistema de levantamiento.

ANALISIS ECONOMICO

CONCLUSIONES

Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace más confiable en la producción de petróleos pesados. Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en el aporte de energía, ya que del petróleo pesado se puede sacar más derivados.

Esta tecnología que ha demostrado ser una de las más eficientes en levantamiento artificial, en la producción de petróleos con elevada viscosidad y en pozos de difícil operación.

Utilizando este sistema se tendría una recuperación rentable de petróleos pesados. La selección de cada uno de sus componentes lo hace más eficiente que los otros sistemas de recuperación secundaria.