manual diseño bombeo mecanico
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA ELÉCTRICA
“MANUAL DE SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO DEL ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA REGIÓN NORTE”
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICO
PRESENTA:
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
ASESOR DE TESIS:
ING. JUAN CARLOS ANZELMETTI ZARAGOZA
POZA RICA, VERACRUZ 2001
“Manual de Selección de Unidades de Bombeo Mecánico del Activo de
Producción Poza Rica Región Norte”
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN....................................................................................................
CAPITULO I...........................................................................................................
Justificación.......................................................................................................................
Tipo y Naturaleza del Trabajo...........................................................................................
Características y Funciones Esenciales.............................................................................
CAPITULO II..............................................................................................................................
Procesos del Trabajo
Sub-Tema 1.0 Descripción del Equipo de Bombeo Mecánico..............................
1.1 Equipo Superficial de Bombeo Mecánico.....................................
1.2 El Motor Principal..........................................................................
1.3 Conexiones Superficiales...............................................................
1.4 Partes Principales...........................................................................
1.5 Bomba Subsuperficial de Bombeo.................................................
1.6 Sarta de Varillas de Succión..........................................................
1.7 Tubería de Producción y Accesorios para Bombeo Mecánico......
Sub-Tema 2.0 Conceptos Fundamentales para la Selección de Unidades
de Bombeo Mecánico........................................................
2.1 Principio de Flotación o de Arquímedes........................................
2.2 Patrón Típico de Cargas en la Varilla Pulida durante el Ciclo de
Bombeo .........................................................................................
2.3 División de Trabajo en un Sistema de Producción Artificial........
2.4 Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico........................
2.5 Aceleración en la Varilla Pulida....................................................
2.6 Movimiento Básico de Bombeo en un Sistema no Elástico
Simple............................................................................................
2.7 Contrabalanceo de la Unidad de Bombeo Mecánico.....................
2.8 Torsión...........................................................................................
2.9 Factores de Torsión........................................................................
2.10 Movimiento Armónico Simple......................................................
Sub-Tema 3.0 Cálculos para la Selección del Tamaño de la Bomba,
Diseño de la Sarta de Varillas y Carrera Efectiva del
Émbolo.............................................................................
3.1 Selección del Tamaño de la Bomba...............................................
1
2
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5
6
7
8
8
16
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25
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49
49
50
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53
68
69
70
74
77
86
90
90
3.2 Ejemplos para la Selección del Tamaño de la Bomba...................
3.3 Diseño de la Sarta de Varillas........................................................
3.4 Factores que Contribuyen a Formar la Carga Total en la Varilla
Pulida.............................................................................................
3.5 Carrera Efectiva del Émbolo..........................................................
3.6 Potencia de Arranque Necesaria....................................................
Sub-Tema 4.0 Métodos Empleados en la Selección de Unidades de
Bombeo Mecánico.............................................................
4.1 Método Craft-Holden.....................................................................
4.2 Ejemplos de Aplicación.................................................................
4.3 Método API-RP-11 L.....................................................................
4.4 Ejemplos de Aplicación.................................................................
Costos...............................................................................................................................
CAPITULO III............................................................................................................................
.
Aportaciones o Contribuciones al Desarrollo.................................................................
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
APENDICES
91
95
96
108
117
125
125
138
160
166
196
202
203
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
Este trabajo ha sido elaborado para las personas interesadas en la selección
de las Unidades de Bombeo Mecánico, su contenido se ha diseñado para que sea
entendible y práctico. Sus objetivos son proporcionar el conocimiento acerca de
los factores que intervienen y deben tomarse en cuenta en la selección de Unidades
de Bombeo Mecánico de un pozo y despejar las dudas de cómo y por qué se
instalan diferentes tipos de unidades de Bombeo Mecánico en los pozos.
Existen conceptos que se deben conocer para seleccionar Unidades de
Bombeo Mecánico, tales como: patrón típico de cargas en la varilla pulida durante
el ciclo de bombeo, geometría de las unidades de bombeo mecánico, aceleración en
la varilla pulida, contrabalanceo de la unidad de bombeo mecánico, torsión,
factores de torsión, principio de flotación o de Arquímedes y el movimiento
armónico simple.
Dentro de los diseños de instalaciones de Bombeo Mecánico existen dos
métodos que se aplican en el Activo de Producción Poza Rica, éstos son e l método
Craft-Holden y el API-RP-11L; el primero se efectúa en menor porcentaje, el
segundo, es el que más se aplica, ya que éste en comparación con el método Craft -
Holden da más tolerancia en el cálculo de la torsión que puede soportar el reductor
de engranes de las Unidades de Bombeo Mecánico. Estos métodos se presentan en
este trabajo con ejemplos de aplicación, sintetizando el procedimiento de cada uno
y utilizando las tablas de los anexos para hacer más sencillo el procedimiento de
selección de Unidades Bombeo Mecánico en un pozo.
El contenido de este trabajo se aplicará en la práctica de campo, de tal
manera que se podrán calcular las emboladas necesarias y la carrera exacta en las
unidades de bombeo mecánico, así como el espaciamiento adecuado entr e la
válvula viajera y válvula de pie para evitar el candado de gas en el interior de la
bomba, reflejándose todo esto en una eficiencia más alta, un punto óptimo de
operación y una producción mayor del pozo.
CAPÍTULO I
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN
3
JUSTIFICACIÓN
El sistema artificial de explotación de bombeo mecánico se aplica en los pozos que
no tienen la energía suficiente para elevar los hidrocarburos a la superficie por sí solos, este
sistema, ayuda a continuar con la explotación del pozo hasta su última etapa como
productor.
Este sistema se implantó en el Activo de Producción Poza Rica de PEMEX región
Norte desde el año de 1957, y en forma masiva en la década de los 90’s por la necesidad de
eliminar los gasoductos de alta presión que atravesaban la zona urbana, ya que éstos
formaban un peligro para la sociedad. Por este motivo se utilizaron las Unidades de
Bombeo Mecánico, ya que proporcionan un bajo costo con respecto a otros sistemas de
explotación artificial y principalmente, eliminan el peligro latente de los gasoductos de alta
presión que atraviesan la zona urbana.
El uso frecuente de las Unidades de Bombeo Mecánico en los diferentes pozos con
este sistema, hicieron que se fueran adquiriendo conocimientos básicos sobre su operación,
dados principalmente por la práctica, pero existe la falta de información de porqué se
instala una Unidad de Bombeo Mecánico, ya que existen en la actualidad diferentes tipos y
cuales son los datos principales que deben tomarse en cuenta para la selección de unidades.
Además, esta falta de información hace que en ocasiones lleguen a cambiarse las
condiciones de operación en la unidad.
El presente trabajo presenta los parámetros que se deben tomar en cuenta para la
selección de Unidades de Bombeo Mecánico, así como los cálculos necesarios para
seleccionar adecuadamente el tipo de unidad que debe tener el pozo, para obtener una
operación correcta y sin esfuerzos en el reductor de engranes de la Unidad de Bombeo
Mecánico; al final de la lectura, se comprenderá los motivos de instalar unidades con
diferente tamaño y tipo.
El trabajo está organizado en tres capítulos. En el capítulo uno se presenta la
justificación, tipo y naturaleza del trabajo, así como sus características y funciones
esenciales.
El capítulo dos se subdivide en cuatro sub-temas que son los siguientes:
Sub-tema uno: Descripción del Equipo de Bombeo Mecánico.
En este subtema, se describe el sistema artificial de explotación de Bombeo Mecánico, el
cual tiene como objetivo principal, elevar los fluidos aportados por un pozo petrolero. El
Sistema de Bombeo Mecánico debe ser resistente, de larga vida, eficiente, fácil y barato de
transportar; silencioso, no contaminante, seguro de instalar y de operar, también se
describen las partes esenciales del sistema de bombeo mecánico son:
1) El equipo superficial de bombeo (Unidad de Bombeo Mecánico) y las conexiones
superficiales.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN
4
2) El motor principal.
3) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios.
4) La sarta de varillas de succión.
5) La tubería de producción (T.P.) y accesorios para bombeo mecánico.
Finalmente, se mencionan las funciones de cada componente del sistema.
Sub-tema dos: Conceptos Fundamentales para la Selección de Unidades de Bombeo
Mecánico.
En este subtema se exponen y analizan los conceptos fundamentales que se
aplican en la selección de Unidades de Bombeo Mecánico tales como:
Principio de Flotación o de Arquímedes
Patrón típico de cargas en la varilla pulida
D i v i s ión d e l t rabaj o en u n s i s t ema de exp l o ta c i ón a r t i f i c i a l
Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico
Aceleración en la varilla pulida
Torsión
Sub-tema tres: Cálculos para la Selección del Tamaño de la Bomba, Diseño de la Sarta
de Varillas y Carrera Efectiva del Émbolo.
En este subtema se presenta una metodología para calcular el tamaño de la
bomba, diseñar la sarta de varillas y la carrera efectiva del émbolo. Posteriormente,
esta metodología se aplica a ejemplos reales.
Sub-tema cuatro: Métodos Empleados en la Selección de Unidades de Bombeo
Mecánico.
En este subtema se consideran dos métodos para seleccionar la unidad adecuada,
de acuerdo con las características que tiene el pozo como son: profundidad,
varillas, diámetro del émbolo, carga máxima y carga mínima en la varilla pulida,
diámetro de la tubería de producción, carrera en la unidad de bombeo mecánico,
densidad relativa del fluido, profundidad de la bomba y profundidad del nivel
dinámico.
Además se presenta un análisis de costos de las Unidades de Bombeo Mecánico.
En el capítulo tres se presentan las contribuciones o aportaciones al desarrollo, que
es la siguiente: Guía rápida para la selección de Unidades de Bombeo Mecánico según el
método API-RP 11L.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN
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TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO
El presente trabajo práctico técnico que tiene como título “Manual de Selección de
Unidades de Bombeo Mecánico en el Activo de Producción Poza Rica Región Norte”,
encuentra relevancia en el ámbito del Activo de Producción Poza Rica, ya que sirve de
apoyo a operadores y demás personal relacionado con las Unidades de Bombeo Mecánico.
En este trabajo se hace una descripción de los diferentes equipos, de los parámetros
importantes que deben controlarse para una óptima operación de las unidades. Así mismo,
se presentan una serie de procedimientos y ejemplos de cálculo que posteriormente se
emplearán para seleccionar conforme las condiciones del pozo, la Unidad de Bombeo
Mecánico adecuada. Finalmente se presentan metodologías de cálculo para realizar la
selección de la Unidad de Bombeo Mecánico.
A diferencia del sistema artificial de explotación de bombeo neumático, el sistema
artificial de bombeo mecánico en el Activo de producción Poza Rica es de menor
peligrosidad para la población y para el entorno ecológico, es por ello que se empezaron a
utilizar las Unidades de Bombeo Mecánico, además de que representan un bajo costo de
mantenimiento y de operación.
Las Unidades de Bombeo Mecánico son operadas por un motor primario, el cual
proporciona movimiento a las bandas de la polea del reductor de engranes y este a su vez, a
un conjunto de bielas y manivelas las cuales proporcionan un movimiento reciprocante al
balancín de la unidad. El movimiento reciprocante hace que la unidad extraiga la sarta de
varillas que tiene el pozo de acuerdo con la longitud de carrera que tiene la unidad, además
de operar la bomba de inserción que se encuentra en el fondo del pozo.
La función de efectuar el movimiento reciprocante a una sarta de varillas acopladas
a una bomba, es que los hidrocarburos contenidos en el fondo del pozo, se puedan elevar a
la superficie con la ayuda de otro sistema de explotación artificial, a través de una tubería
de producción que se encuentra hasta al superficie, y después conducirla por líneas hasta la
siguiente etapa, que es la separación.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN
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CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES ESCENCIALES
El presente trabajo tiene como característica ser un trabajo práctico técnico de
consulta y guía para el estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica Eléctrica, el
operador de Unidades de Bombeo Mecánico y demás personal interesado en esta campo, ya
que al entrar en materia podrá obtener información clara de lo que es una Unidad de
Bombeo Mecánico, su funcionamiento y selección.
La función esencial del presente trabajo práctico técnico es cumplir con los
siguientes objetivos:
Describir detalladamente los diferentes tipos de Unidades de Bombeo Mecánico.
Describir el funcionamiento y aplicación de los diferentes tipos de Unidades de
Bombeo Mecánico.
Proporcionar un conocimiento elemental de los conceptos y principios fundamentales
aplicables a la selección de Unidades de Bombeo Mecánico.
Describir los cálculos necesarios para seleccionar el tamaño de la bomba, el diseño de
la sarta de varillas y la carrera efectiva del émbolo.
Describir los métodos empleados en la selección de las Unidades de Bombeo Mecánico,
analizarlos y seleccionar el más recomendable.
Desarrollar una guía rápida para la selección de Unidades de Bombeo Mecánico.
Presentar un análisis de costos del equipo según se adquiera nuevo, se repare o se rente.
Excluyendo costos por mano de obra.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
196
COSTOS
Con la finalidad de efectuar un análisis de costos de los accesorios para la explotación
del sistema artificial de Bombeo Mecánico, se enlistan los accesorios y cada uno de los
precios unitarios, necesarios para la operación de una Unidad de Bombeo Mecánico.
Descripción Unida
d
Precio
Unitario
Bomba Sub-superficial marca Trico de 1 ½” a 2 ½” , tolerancia
entre barril y pistón de 0.003”, equipada con barril de acero
recubierto de cromo en su diámetro interior, de pared gruesa con
válvulas de Carburo de Tugsteno, diseño especial con doble anclaje,
inferior mecánico y superior de tres copas de material plástico,
válvula “Top-Ring” para evitar candado de gas, accesorios de acero
endurecido para uso en ambiente con presencia de CO2 y H2S,
incluyendo zapata candado, niple sello y tres juegos de copas extras.
Pieza $49,571.44
Varilla de succión marca Trico o calidad igual o superior API clase
“D” con cople liso de ¾” x 25 pies de longitud. Pieza $486.40
Varilla de succión marca Trico o calidad igual o superior API clase
“D” con cople liso de 7/8” x 25 pies de longitud.
Pieza $612.71
Varilla de succión marca Trico o calidad igual o superior API clase
“D” con cople liso de 1” x 25 pies de longitud. Pieza $887.70
Varilla pulida marca Trico o calidad igual o superior, de acero de
aleación, carbón, manganeso, cromo molibdeno con acabado espejo
aproximado de 8 a 32 micrones de acuerdo a especificaciones API
con capacidad de 95,000 a 160,000 lbs de carga a la tensión de 1
½” x 22 pies.
Pieza $9,364.45
Mordaza para varilla pulida de 1 ½” con 3 orificios serie 10 de
40,000 lbs de carga. Pieza $1,222.58
Cople combinación API para varillas de succión de ¾” a 7/8”
marca Trico Pieza $379.59
Cople combinación API para varillas de succión de 7/8” a 1”
marca Trico Pieza $533.29
Brida colgadora marca “Wellhead Inc.” Modelo W2F, 3M 7 1/16” ,
ranura para junta de acero RTJ-45, rosca macho de 3” ext. x 2 ½”
y rosca caja para colgar tubería de 2 7/8” según designación API,
incluyendo 12 espárragos de 1 1/8” diam x 9” long., 24 tuercas y una
junta de acero R-45.
Pieza $11,851.20
Preventor de doble empaque marca “DOBLE E” para varilla pulida
de 1 ½” , modelo LP-15, incluyendo 5 juegos de empaques. Pieza $7,412.82
Estopero preventor marca “KVF” o calidad igual o superior para la
varilla pulida de 1 ½” , 3” , incluyendo 5 juegos de empaques.
Pieza $3,780.32
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
197
Tee roscada marca “KVF” calidad igual o superior, acero al carbón
de 3,000 lbs/plg2 de 3x3x2” con tapón ciego Pieza $1,594.66
Niple de 3” marca Capitol, calidad igual o superior, 6” longitud
roscado en ambos extremos, acero al carbón de 3,000 lbs/plg2.
Pieza $172.48
Cople de 3” marca Trico, calidad igual o superior, de acero al
carbón de 3,000 lbs/plg2.
Pieza $532.38
Unidad de Bombeo Mecánico Pieza $1’500,000
Con las siguientes características de un pozo, y utilizando el método de selección de
Unidades de Bombeo Mecánico API, se efectuará el análisis de costos para la instalación de
los accesorios nuevos para el sistema Artificial de Explotación de Bombeo Mecánico.
Datos:
D = 2”
dtp = 2 7/8”
LT = 6000 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
H = 6000 pies
N = 13 spm
S = 168 plg
q = 350 BPD
G = 0.870
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 2” y
una sarta compuesta por varillas de 1” , 7/8” y ¾” , corresponde una varilla No. 86
con los siguientes porcentajes para cada sección:
R1 = 32.8 %
R2 = 33.2 %
R3 = 33.9 %
Entonces:
Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n
L1 = (32.8/100) x (6000) = 1968 pies de varilla de 1”
L2 = (33.2/100) x (6000) = 1992 pies de varilla de 7/8”
L3 = (33.9/100) x (6000) = 2034 pies de varilla de ¾”
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
198
Como cada una de las varillas de succión miden 25 pies de longitud, se tendrá que
dividir la longitud de la primera sección entre la longitud de cada varilla, de la misma
manera se hará con las otras dos secciones de varillas. Con ello sabrá cuantas varillas
necesitará de cada diámetro para satisfacer las condiciones de profundidad total de la sarta
de varillas
L1 = 1968 25 = 78.72, por aproximación se emplearán 79 varillas de 1”
L2 = 1992 25 = 79.68, por aproximación se emplearán 79 varillas de 7/8”
L3 = 2034 25 = 81.32, por aproximación se emplearán 82 varillas de ¾”
De acuerdo con la tabla de los precios unitarios se tiene que:
No de Varillas Precio Unitario Total
79 $887.70 $70,128.3
79 $612.71 $48,404.09
82 $786.70 $64,509.4
GRAN TOTAL $183,041.79
Para unir las varillas de un diámetro inferior a uno superior, se utilizan coples
adaptadores, en este caso se utilizarán dos coples adaptadores, uno de ¾” a 7/8” y otro de
7/8” a 1”.
Cople combinación Precio Unitario Total
¾” a 7/8” $379.50 $379.50
7/8” a 1” $533.29 $533.29
GRAN TOTAL $912.79
La bomba de inserción de 2” con los accesorios tiene un precio de:
$49,571.44
La varilla pulida tiene un precio unitario de:
$9,364.45
La mordaza con la cual se sujeta la varilla pulida con una capacidad de carga de
40,000 lbs/plg2 tiene un precio de:
$1,222.58
La brida colgadora marca “Wellhead Inc.” 7 1/16” , rosca macho de 3” ext. x 2 ½”
y rosca caja para colgar tubería de 2 7/8” y una junta de acero R-45 tiene un precio
unitario de:
$11,851.20
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
199
El Preventor de doble empaque marca “DOBLE E” para varilla pulida de 1 ½” ,
modelo LP-15 tiene un precio de:
$7,412.82
Estopero preventor de 3” , para varilla pulida de 1 ½” , tiene un precio unitario de:
$3,780.32
La Unidad de Bombeo Mecánico marca Lufkin tipo Convencional tiene un precio
unitario de:
$1’500,000.00
La utilización de accesorios nuevos para un sistema artificial de explotación de
Bombeo Mecánico, tiene los siguientes valores:
Varillas $183,041.79
Coples combinación $912.79
Bomba de inserción $49,571.44
Varilla pulida $9,364.45
Mordaza $1,222.58
Brida colgadora $11,851.20
Preventor $7,412.82
Estopero preventor $3,780.32
Unidad de Bombeo
Mecánico $1’500,000.00
La suma total del acondicionamiento para este sistema de explotación tiene un gasto
aproximado en accesorios de
GRAN TOTAL $1’767,157.39
La producción bruta del pozo que se instalaron estos accesorios, es de
aproximadamente 40 metros cúbicos, con un porcentaje de agua del 12%.
La producción neta del pozo es de:
P.N. = 40 - (40)(0.12)
P.N. = 35.2 m3
Entonces, la producción neta en barriles es de:
P.N. = (35.2)(6.2905)
P.N. = 221.42 Barriles
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
200
La cotización del dólar actualmente es de 9.74 pesos mexicanos, y el barril de
petróleo es de 22.30 dólares, por lo tanto la producción diaria del pozo es aproximadamente
de:
1 Barril = 217.20 Pesos Mexicanos
La producción neta que aporta el pozo tiene un costo diario aproximado de:
(Precio del Barril) (Producción Neta)
(217.20) (221.42)
$48,092.42
El costo aproximado de extraer el aceite, enviarlo a separación, almacenarlo, pagar el
consumo de energía eléctrica del motor a Comisión Federal de Electricidad y venderlo es
de aproximadamente de:
11 Dólares por cada Barril de aceite
Como el pozo produce 221.42 barriles diarios, entonces:
(11)(9.74) = $107.14
(107.14) (221.42) = $23,722.94
Este es el costo de extraer la producción de 221.42 barriles diarios, lo que reditúa en
una ganancia diaria de:
48,092.42 – 23,722.94 = $24,369.48
Este resultado se tendrá que multiplicar por el número de días, para conocer en que
tiempo se pagará el equipo, entonces:
($24,369.48) (73 días) = 1’778,972.04
Esto quiere decir que los accesorios y el equipo de Bombeo Mecánico se pagarán en
aproximadamente 73 días después de su intervención. Después de los 73 días, el equipo ya
es rentable, es decir, continúa pagándose hasta su próximo cambio de accesorios, pagando
únicamente los gastos de extracción, separación y venta.
Otro análisis de costos, se realizará con los accesorios reparados, es decir, únicamente
con el cambio de la sarta de varillas de succión, la varilla pulida y los coples combinación
de las varillas, los otros accesorios son proporcionados por los talleres donde se hacen la
reparación de los mecanismos.
El precio de la sarta de varillas es de: $183,041.79
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
201
Los coples combinación para la sarta de varillas tienen un precio de: $912.79
La varilla pulida tiene un costo de: $9,364.45
Los Sellos de hule de los preventores doble “E” tipo LP-15 y del estopero preventor
tienen un valor de: $586.88
Estos tres accesorios hacen un total de:
$193,319.03
Estos los únicos gastos de accesorios del sistema de Bombeo Mecánico, por lo que
resulta más rentable. A continuación se hace el análisis para saber en que tiempo se pagan
estos accesorios:
La producción neta del pozo es de 221.42 Barriles por día, por esta producción se
obtienen $48,092.42 diarios. Además, por extraer un barril de petróleo crudo, separarlo,
almacenarlo, pagar a Comisión Federal de Electricidad la energía consumida por el motor
eléctrico que opera la unidad de Bombeo Mecánico, y comercializarlo tiene un costo de 11
dólares ($107.14). Multiplicando esta cantidad por el número de barriles que produce el
pozo se tiene que:
(107.14) (221.42) = $23,722.94
Esta cantidad es el costo de producir 221.42 barriles diarios. Entonces la ganancia es
aproximadamente de:
48,092.42 – 23,722.94 = $24,369.48
Este resultado se tendrá que multiplicar por le número de días, para conocer en que
tiempo se pagará el equipo, entonces:
(24,369.48) (8 días) = $194,955.84
Por lo que los accesorios se pagarán en ocho días, después de los ocho días la
ganancia diaria será de: $24,369.48
La utilización de accesorios reparados es más económica como se observa en el
análisis de costos, aunque pueden causar anomalías indeseables en el sistema, por ello es
recomendable la utilización de accesorios nuevos, ya que ellos proporcionan una mayor
seguridad a situaciones imprevistas por ejemplo: ruptura de la sarta de varillas o de la
varilla pulida, provocando fuga de hidrocarburos a la atmósfera, además de volver a
intervenir el pozo y hacer cambio de los accesorios dañados. Otra importancia son los
mecanismos de seguridad como son los preventores y estoperos preventores que tienen la
función de aislar la presión interna del pozo cuando se requiera. El preventor más seguro es
el doble “E” LP-15, ya que cierra herméticamente los sellos de hule aún sin varilla.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO II
CAPITULO II
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO II
8
1.0 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO MECÁNICO
El Sistema artificial de explotación de Bombeo Mecánico tiene como
objetivo elevar los fluidos a la superficie cuando el pozo ha dejado de fluir por l a
presión natural de yacimiento. Partiendo desde el nivel dinámico y un nivel neto
del pozo, se efectuarán los cálculos necesarios para el diseño de la instalación con
un mínimo de:
Torsión.
Carga en la varilla pulida.
Rango de cargas en las varillas.
Requerimientos de potencia del motor principal.
Costos de combustible o energía.
Costo de mantenimiento de la unidad.
Roturas de varillas.
Producción diferida por rotura de varillas o por reparación y mantenimiento de
la unidad.
Costo de instalación.
Costo inicial.
Adicionalmente, el Sistema de Bombeo Mecánico debe ser resistente, de
larga vida, eficiente, fácil y barato de transportar; silencioso, no contaminante, y
seguro de instalar y de operar.
Las partes esenciales del sistema de bombeo mecánico son:
1) El equipo superficial de bombeo (U.B.M.) y las conexiones superficiales.
2) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios.
3) La sarta de varillas de succión.
4) La tubería de producción (T.P.) y accesorios para bombeo mecánico.
1.1 EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEO MECÁNICO
Su función es transferir energía del motor principal a la sarta de varillas de
succión a través de la Unidad de Bombeo Mecánico para hacer esto, el equipo debe
cambiar el movimiento rotatorio del motor principal, a un movimiento reciprocante
en las varillas de succión y debe reducir la velocidad del motor principal a una
velocidad adecuada de bombeo. La reducción de velocidad se logra en el reductor
de engranes, y al resto del equipo concierne el cambio de movimiento rotatorio en
reciprocante.
La unión directa entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial,
es la varilla pulida. La varilla pulida está disponible en tres tamaños y para
cualquier instalación en particular, ese tamaño depende del diámetro de la tube ría
de producción y del diámetro de las varillas de succión en la parte superior de la
sarta la varilla pulida pasa a través de un estopero y el fluido que ha sido elevado
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA I
9
pasa a través de una conexión tipo “T” hacia las conexiones superficiales y éstas a
su vez a una línea de descarga hasta la batería de separación.
La varilla pulida va unida al cable colgador a través de una mordaza que
sujeta a la misma después de recuperar el peso de la sarta de varillas, procurando
darle el espaciamiento mínimo entre la válvula viajera y válvula de pie para evitar
que la bomba succione gas y a la vez no golpee la válvula guía con el conector
(que no se escuche golpeteo en la superficie).
El peso de la sarta de varillas, del fluido y las tensiones y fricciones en la
misma, son soportadas por la mordaza que aprieta a la varilla pulida. Esta mordaza
recarga sobre el elevador, que es sostenido por el cable colgador. El cable colgador
va sujeto a la cabeza de caballo colocado en el extremo del balancín. El diseño
apropiado de estos componentes, la nivelación y la alineación de la U.B.M. con
respecto al árbol del pozo, aseguran el viaje vertical de la varilla pulida a través
del estopero, reduciendo el desgaste de los hules, manteniendo un buen sello y
evitando fugas de fluido en la superficie.
El poste Sampson sostiene al balancín en cierto punto de éste, dependiendo
de la geometría de la Unidad de Bombeo Mecánico, el movimiento del balancín se
transmite por medio de la biela, la cual recibe el movimiento de la manivel a; la
distancia de la flecha del reductor al cojinete de la biela (muñón), define la
longitud de carrera de la varilla pulida. La mayoría de las unidades tiene tres
orificios para el muñón en el Activo de Producción Poza Rica (algunas cuentan con
cuatro) y se definen como carrera mínima, intermedia y máxima, con su respectiva
medida de longitud en pulgadas, excepto en la unidad hidroneumática Tieben, sin
embargo, el objetivo es el mismo. Los tipos de unidades con que cuenta el Activo
Producción Poza Rica son:
a) Unidad Convencional
En la Unidad de Bombeo Mecánico convencional, la cual se muestra en la
figura 1 su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado
izquierdo de la unidad), es en contra del sentido de las manecillas del reloj; pu ede
operar en sentido contrario, ya que la rotación de los dos lados dá lubricación a los
engranes del reductor pero no es correcto, ya que debe tener el mismo sentido de
giro del motor eléctrico.
b) Unidad Mark II
En la Unidad de Bombeo Mecánico Mark II, la cual se muestra en la figura 3
su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la
unidad), es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricación en
el reductor es exclusivamente para esta rotación. No debe operar en rotación contraria
porque dañaría considerablemente el reductor.
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10
c) Unidad Aerobalanceada
En la Unidad de Bombeo Mecánico aerobalanceada, la cual se muestra en la
figura 2 el balanceo es a través de aire suministrado por un motocompresor hac ia
un cilindro amortiguador. El motocompresor se calibra a un paro y a un arranque
automático, dependiendo del peso de la sarta de varillas para que el motor
principal opere sin esfuerzos. Su rotación y el sistema de lubricación del reductor
es igual al de la unidad convencional.
Las partes principales de la unidad aerobalanceada son iguales a las de las
unidades Mark II y Convencional, excepto el motocompresor y el cilindro
amortiguador que son partes exclusivas de la unidad aerobalanceada.
d) Unidad Hidroneumática Tieben
La Unidad Tieben (ver figuras 4 y 5) se compone de dos sistemas básicos:
Sistema Hidráulico.- Consta de un Cilindro Hidráulico de efecto doble (1),
una Válvula de Control Direccional de cuatro vías (2) y una Bomba Maestra de
Engranes (3). Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y
descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial (ver figura 5).
Sistema de Balanceo Hidroneumático.- Consta de un Cilindro Hidráulico de
efecto simple (4), un paquete de Tanques de Nitrógeno (6), un Cilindro
Hidroneumático de efecto doble (5) (acumulador), y una Bomba Auxiliar de
Engranajes (7) ver figura 5. Este balanceo funciona en base a dos magnitudes:
una constante y otra variable.
La Constante.- Es la cantidad de fluido hidráulico necesario para ocupar la
mitad de los dos cilindros, por debajo de cada émbolo y el tubo que los
comunica: 5 galones en unidades de 60” de Carrera, 10 galones en unidades de
120” y 15 galones en las de 180”.
La Variable.- Es la cantidad de nitrógeno que se aplica a los tanques y a la
parte superior del acumulador, la cual será proporcional al peso de la sarta de
varillas de succión, junto con la columna de crudo. Este sistema equivale a los
contrapesos de las unidades convencionales y Mark II, y al cilindro neumático
de las unidades aerobalanceadas.
La presión del nitrógeno sobre la parte superior del émbolo del acumulador
equivale al peso de la sarta. El sistema hidráulico descrito al principio, se encarga
de romper este equilibrio en uno y otro sentido alternativamente, o sea, en la
carrera ascendente y en la descendente.
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FIG.1 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
CONVENCIONAL
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FIG.2 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
AEROBALANCEADA
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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FIG.3 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
MARK II
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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FIG.4 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
HIDRONEUMÁTICA (TIEBEN)
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FIG.5 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
HIDRONEUMÁTICA (TIEBEN)
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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1.2 EL MOTOR PRINCIPAL
La función del motor principal es proporcionar a la instalación energía
mecánica que eventualmente será transmitida a la bomba y usada para elevar el
fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe, por supuesto,
tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado desde el nivel de
trabajo del fluido en el pozo. El motor principal puede ser una máquina de
combustión interna (gas natural o diesel) o puede ser un motor eléctrico.
La selección del tipo de motor principal depende de los recursos locales, del
suministro y costo del combustible (diesel, gas natural) o energía eléctrica, de la
capacidad para el mantenimiento y de la existencia de personal experimentado.
El uso de motores eléctricos facilita el análisis del comportamiento de la
unidad de bombeo en dos aspectos:
1. Permite medir con un amperímetro de gancho, el rango de trabajo y así
observar cuando existe una pérdida o sobrecarga del peso en la sarta de
varillas sin interferir con la operación del pozo.
2. Tienen un bajo costo inicial, menor costo de mantenimiento y son más
fáciles de ajustar a un sistema automático.
Por otra parte, las máquinas de gas tienen la ventaja de un control de
velocidad más flexible y pueden operar en un rango más amplio de condiciones de
carga. El costo del combustible puede ser inferior al de la energía eléctrica, aunque
conforme se incrementan los costos del combustible, esta condición puede
invertirse.
Cualquier diseño para la instalación del bombeo mecánico, debe considerar
el comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre
ellos. Sin embargo, aún existen aspectos de ingeniería de este sistema de
producción artificial que no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es
necesario comprender el proceso de bombeo, debido a la tendencia de bombear
pozos cada vez más profundos.
Motores de Combustión Interna y Eléctricos
a) Motores de combustión interna
Se llama motor de combustión interna a todo motor en el cual la materia que
trabaja es producto de la combustión del aire y del combustible; esta combustión
generalmente se lleva a cabo en el cilindro de trabajo.
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17
Entre los motores de combustión interna, se tienen:
1. Motores diesel o motores por compresión.
2. Motores de gasolina o motores de explosión por chispa.
1. Motores Diesel o Motores por Compresión
Se llama motor diesel a todo motor de combustión interna en el cual el
combustible se inyecta cuando la compresión está a punto de terminarse, y el
combustible entra en ignición, únicamente debido al calor producido por la
compresión del aire carburante. En este tipo de motores sólo se aspira aire
inicialmente y se comprime unas 16 veces su volumen inicial, quedando, por lo
tanto, contenido en muy poco espacio. Al hallarse de esta forma comprimido, el
aire aumenta mucho su densidad, así como su presión y temperatura, llegando a
alcanzar valores de 600º C. Al final de esta compresión, cuando el cilindro está
aproximadamente en el punto muerto superior, se inyecta dentro del cilindro un
combustible pesado que puede ser aceite crudo, residuos de refinería o aceites
destilados, el cual, al entrar en contacto con el aire muy caliente que se halla
comprimido, produce la combustión, quemándose las partículas de combustible a
medida que van entrando en la cámara. Al mismo tiempo que esto ocurre, el
émbolo se va moviendo, aumentando el volumen de la cámara de combustión.
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FIG.6 MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
A DIESEL
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FIG.7 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
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2. Motor de Gasolina o Motor de Explosión por Chispa
En este tipo de motores se aspira una mezcla de aire–carburante, la cual
reduce aproximadamente 6 veces su volumen inicial. Los motores de combustión
interna (por efectuarse la combustión dentro del mismo motor) o de explosión
aprovechan la expansión de los gases producidos por la combustión viva de una
mezcla carburante, en la cámara de combustión del cilindro; los gases empujan un
émbolo y éste es convertido en movimiento giratorio del cigüeñal, por medio de
una biela. Pueden funcionar con arreglos a ciclos de cuatro o de dos tiempos, en el
primer caso, los ciclos se suceden como sigue:
Admisión.- el émbolo, arrastrado por el cigüeñal, baja y aspira en el cilindro
la mezcla carburante procedente del carburador.
Compresión.- el cigüeñal hace subir el émbolo, el cual comprime
fuertemente la mezcla carburante en la cámara de combustión.
Explosión.- la chispa que salta entre los electrodos de la bujía inflama la
mezcla, produciéndose una violenta dilatación de los gases de combustión que
empujan el émbolo, en la cual el émbolo produce trabajo y arrastra el cigüeñal.
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19
Escape.- el émbolo vuelve a subir y expulsa los gases de la combustión.
La apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción
de la chispa en la cámara de combustión, se obtiene mediante mecanismos
sincronizados con el cigüeñal.
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FIG.8 MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
A GASOLINA
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FIG.9 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA A
GASOLINA
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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b) Motor Eléctrico
Es una máquina que convierte la energía eléctrica en movimiento rotatorio o
energía mecánica, con objeto de que efectúe un trabajo útil. Los motores
elementales funcionan a base de interacción de dos campos magnéticos: uno se
produce alrededor de un conductor que lleva corriente y otro es un campo
magnético fijo. Un motor común produce movimiento rotatorio continuo. Esto lo
hace originando una fuerza de giro o par, sobre un conductor que lleva corriente, al
cual se le ha dado forma de espiral. Cuanto mayor sea el par, más trabajo útil
puede desempeñar el motor. Entre los motores eléctricos se tienen:
1. Motor de corriente continua.
2. Motor de inducción de corriente alterna.
3. Motor de velocidad variable.
MOTORES ELÉCTRICOS
1. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
Los campos magnéticos en estos motores son producidos por devanados
estacionarios llamado estator y por devanados rotatorios en el núcleo del rotor. El
circuito de un extremo a otro de los devanados del inducido en el motor típico de
corriente continua, se completa mediante escobillas de carbón estacionarias. Las
escobillas están en contacto con los segmentos del colector, que se conectan en los
devanados del rotor. Cuando se suministra potencia a la armadura a través de las
escobillas, también se origina un flujo magnético alrededor de la armadura. Este
flujo es el que interactúa con el campo magnético donde está suspendida la
armadura para producir el par que hace funcionar el motor.
El principio de funcionamiento del motor de corriente continua (C.C.)
consiste en la circulación por las bobinas de la armadura o inducido, de una
corriente que hace que este se magnetice generando una atracción entre los polos
de la armadura y los polos del campo del signo contrario, haciendo girar la
armadura.
Los motores y los dínamos de corriente continua, tienen esencialmente los
mismos componentes y se parecen mucho en su aspecto exterior, la diferencia
radica en que el dínamo de corriente continua, convierte la energía mecánica en
energía eléctrica, y el motor de corriente continua convierte energía eléctrica en
energía mecánica.
Este tipo de máquinas de corriente continua, tropiezan con ciertas
dificultades por el trabajo de conmutación que requiere escobi llas, portaescobillas,
carbones, líneas neutras etc.; no así los motores de corriente alterna.
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21
2. MOTOR DE INDUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA
Los motores de corriente alterna son los más empleados debido a su
robustez, simplicidad, ausencia de colector y a las características de
funcionamiento tan adecuadas para el trabajo a velocidad constante. El motor
funciona basándose en el principio de que, cuando un flujo magnético corta a un
conductor cerrado, se induce corriente en él. Estos reaccionan con el flujo y c rean
una fuerza en la dirección del movimiento del campo magnético, de acuerdo con el
principio de la acción motriz, si gira el flujo y corta a un disco o cilindro
conductor, se desarrolla un par y el disco o cilindro tiende a girar en el mismo
sentido que el flujo al conductor, anulándose las corrientes inducidas y por lo
tanto, el par. Deberá pues, haber deslizamiento entre el campo giratorio y el
conductor. En el motor de inducción existe un órgano fino llamado estator y otro
giratorio llamado rotor.
La acción del campo magnético induce corriente en el rotor al atravesar los
conductores de éste, generando un campo magnético que reacciona con el campo
del estator, ejerciendo en el rotor una torsión que lo hace girar. Los tipos de
rotores que se utilizan en los motores de inducción son: el rotor de jaula de ardilla
y el rotor de enbobinado.
En el Activo de Producción Poza Rica éstos son los rotores más utilizados.
Por su versatilidad, son ideales para trabajar a velocidades constantes determinadas
por la frecuencia de la corriente alterna aplicada a sus terminales pueden diseñarse
para trabajar con una línea de corriente alterna monofásica ó polifásica, no
importando, pues el principio de operación es el mismo: la corriente alterna
aplicada al motor produce un campo magnético giratorio, el cual a su vez hace
girar al rotor.
En el Activo de Producción Poza Rica, se utilizan los motores de corriente
alterna para los trabajos en diferentes secciones y departamentos, debido a su
versatilidad, costo y economía.
El motor Econo-Pac II, del cual se hablará, se utiliza para realizar el trabajo
mecánico, mediante un juego de bandas y poleas sincronizadas, alineadas por su
cara interna.
El motor eléctrico Econo-Pac II (ver figura 10) es el único que cuenta con
cuatro pares de arranque, los cuales se utilizan de acuerdo al diseño y condiciones
que se requieran.
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FIG.10 MOTOR ELÉCTRICO ECONO-PAC II
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
El motor eléctrico, parte principal de la Unidad de Bombeo Mecánico, se
puede modificar en sus conexiones para realizar el trabajo que se requiera,
aumentando o disminuyendo el amperaje.
También cuenta con un tablero de control para proteger su buen
funcionamiento, con piezas especiales como son: el contactor, relevador,
transformador, timer, tablilla, conexiones, relay sobre corriente con elementos
bimetálicos, los cuales se abren por el paso excesivo de amperaje protegiendo así
el motor, cuenta en el interior del devanado con termosensores de calor conectados
en serie al mismo tiempo con el tablero.
Se encuentra equipado con dos resistencias precalentadoras, evitando así la
presencia de humedad, estas trabajan cuando el motor se encuentra desenergizado.
3. Motor de Velocidad Variable
Este tipo de motor presenta tres elementos esenciales que accionan juntos para
operar una Unidad de Bonbeo Mecánico., de acuerdo a las necesidades del pozo son:
1. Acoplamiento magnético entre el motor y la flecha motriz de la unidad de fuerza.
2. Controles electrónicos ajustables de velocidad para la carrera ascendente y la carrera
descendente de la Unidad de Bombeo Mecánico dentro del mismo ciclo.
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23
3. Sistema de retroalimentación que monitorea el motor y sus salidas, ajustándolas para
mantener más eficientes los niveles de operación.
Por estos elementos, el motor de velocidad variable se operará primero y después el
embrague, esto permite que la flecha reciba el esfuerzo con una velocidad constante del
motor; posteriormente se le da la velocidad adecuada de bombeo, ya sea en la carrera
ascendente o descendente y aumentando o disminuyendo las emboladas por minuto de
acuerdo a la producción del pozo.
4. Sistema de retroalimentación que monitorea el motor y sus salidas, ajustándolas para
mantener más eficientes los niveles de operación.
1.3 CONEXIONES SUPERFICIALES
Las conexiones superficiales tienen la función de conducir los hidrocarburos
producidos por el pozo a la línea de descarga y por ende, hasta la ba tería de
separación; todas ellas deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/plg2,
elaboradas en tubería de 2” efectuando corte y cuerda a fin de adecuarlas a las
longitudes necesarias; debido a que las dimensiones varían de acuerdo a cada
instalación, generalmente serán elaboradas al momento de ser instaladas en un
pozo de reciente conversión al sistema de bombeo mecánico. Cuando se trate de un
reacondicionamiento se instalarán las mismas conexiones superficiales que tenía el
pozo antes de la intervención con el equipo de terminación y reparaciones de pozos
Dos accesorios superficiales (varilla pulida y mordaza), tienen la función de
transmitir el movimiento alternativo a la sarta de varillas de succión; otros dos
accesorios (Estopero y Preventor) tienen la función de dar seguridad, a fin de
evitar derrames de hidrocarburos al medio ambiente y las válvulas de retención o
check cuya función es dejar pasar los fluidos en una sola dirección, evitando su
regreso al interior del pozo y así en superficie, se complementa el ciclo ideal de
bombeo.
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FIG.11 ESQUEMA DEL ÁRBOL DE
VÁLVULAS Y CONEXIONES
SUPERFICIALES
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1.4 Partes Principales
Nomenclatura de Accesorios y Conexiones Superficiales
ACCESORIOS
1.- Varilla Pulida de 1 ½” .
2.- Grampa para varilla pulida de 1 ½” con uno, dos o tres tornillos
dependiendo la profundidad del pozo.
3.- Estopero, con hules para varilla pulida de 1 ½” y rosca inferior estándar
de 3” macho.
4.- Preventores con roscas de 3” con conexión hembra en un extremo y
conexión macho en el otro, roscas “v” estándar.
CONEXIONES
5.- Tee de 3” , de acero al carbón 3000 lbs/plg2, rosca estándar.
6.- Brida colgadora de 6” de diámetro exterior, rosca macho superior de 3” .
Rosca hembra inferior de 2 7/8” hembra, roscas estándar.
7.- Válvula lateral de tubería de revestimiento de 2” 3000 lbs/plg2 bridada.
8.- Válvula de 2” 1000 lbs/plg2, rosca hembra en los extremos, estándar.
9.- Tee de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.
10.- Reducción botella de 2” a ½” , rosca estándar.
11.- Válvula de aguja de ½” 5000 lbs/plg2, rosca estándar.
12.- Válvula check de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.
13.- Codo de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.
14.- Tuerca unión de golpe 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.
15.- Válvula de flote de 2” 1000 lbs/plg2, bridada o roscada.
16.- Reducción botella de 3” x 2” rosca estándar.
17.- Niple de 2” para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estándar.
18.- Niple de ½” para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estándar.
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FIG.12 ÁRBOL DE VÁLVULAS Y
CONEXIONES SUPERFICIALES
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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Acero forjado y tratado
térmicamente
Probada a 35000 lbs.
Máxima carga
recomendada 25000 lbs
Acero forjado y tratado
térmicamente
Probada a 55000 lbs.
Máxima carga
recomendada 25000 lbs
Acero forjado y tratado
térmicamente
Probada a 75000 lbs.
Máxima carga
recomendada 40000 lbs
MORDAZAS
Este dispositivo, mostardo en la figura 13, sirve para sujetar la varilla pulida
por apriete. Se coloca en forma permanente cuando se le ha dado el espaciamiento
adecuado a la bomba subsuperficial para que la Unidad de Bombeo Mecánico
quede operando en condiciones normales después de que se efectúo una
intervención a un pozo con el equipo de Reparación y Terminación de.Pozos.
También se utiliza para movimientos que se efectúan con la sarta de
varillas, ya sea para eliminar un golpe en la bomba subsuperficial, sacar un
registro dinamométrico o reanclar una bomba. Cuando las mordazas quedan
permanentes se apoyan sobre el elevador o block cargador y junto con el cable
colgador soportan todo el peso de la sarta de varillas y el peso del fluido. Estas
mordazas pueden usar uno, dos o tres tornillos para el apriete, incrementándose la
seguridad con el número de los mismos. Es recomendable el uso de mordazas con
menos tornillos para pozos someros, conforme aumenta la profundidad es
preferible la utilización de mordazas con mayor número de tornillos.
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FIG.13 TIPOS DE MORDAZAS JOHNSON-
FAGG
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VARILLA PULIDA
Es la unión directa entre la sarta de varillas de succión y el equipo
superficial, pasa a través de las conexiones verticales del árbol. El diámetro
utilizado en el Activo de Producción Poza Rica es de 1 ½” . Está fabricada en
acero aleado al manganeso, níquel y molibdeno. Superficialmente, la varilla pulida
tiene acabado espejo con el propósito de no dañar los sellos del estopero fijo al
árbol de válvulas en el movimiento ascendente y descendente de la Unidad de
Bombeo Mecánico. En la figura 14 se representa una varilla pulida.
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FIG.14 VARILLA PULIDA
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ESTOPERO
Mecanismo de seguridad que se localiza en la parte superior del árbol de
válvulas para pozos con sistema de bombeo mecánico, sobre la TEE de 3”Ø y cuya
función principal es la de contener los fluidos para que no se manifiesten a su
exterior por medio de un conjunto de sellos construidos con mate riales resistentes
al rozamiento, los cuales se van a ajustar al diámetro de la varilla pulida de 1 ½”
Ø, cuando ésta tenga un movimiento ascendente o descendente proporcionado por
la Unidad de Bombeo Mecánico; debido a este movimiento, los sellos sufren
desgaste por lo que es necesario sustituirlos periódicamente y solamente se pueden
cambiar con la Unidad de Bombeo Mecánico inoperante.
En la actualidad se han diseñado estoperos provistos de un mecanismo de
preventor con la finalidad de mejorar su función dentro de los mecanismos de
seguridad en el árbol de bombeo mecánico. Los estoperos más utilizados en el
Activo de Producción Poza Rica son:
Estopero preventor Hércules DPSB
Estopero preventor Ratigan 176
En las figuras 15 y 16, respectivamente, se muestran estos dos tipos de
estoperos.
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FIG.15 ESTOPERO PREVENTOR HÉRCULES
DPSB
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Conos selladoresdel estopero
Sellos del preventor
Tornillos delpreventor
Estopero
Preventor
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FIG.16 ESTOPERO PREVENTOR RATIGAN
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PREVENTORES
Son mecanismos de seguridad que han sido diseñados para impedir, en caso
necesario, el paso de fluidos al exterior. Sólo se pueden accionar cuando la Unidad
de Bombeo Mecánico no está operando, debido a que en su interior tiene unos
sellos de hule llamados “Rams”, que aprietan a la varilla pulida para sellar y evitan
el paso del hidrocarburo.
En el caso del preventor doble “E” LP-15, los sellos de hule, pueden sellar
aún sin varilla pulida debido a que tienen un rango de diámetros de 0 a 1 ½” . Los
preventores son vitales para cambiar los sellos del estopero colocado en la parte
más alta del árbol; y para evitar la salida del hidrocarburo a la atmósfera, cuando
por alguna rotura de la varilla pulida ésta se precipite al interior del pozo junto con
las sarta de varillas. En este percance el preventor ideal es el doble “E” LP -15.
Estos mecanismos están instalados en el árbol de válvulas para bombeo
mecánico, sobre la brida colgadora. Las marcas de preventores más utilizadas en el
Activo de Producción Poza Rica son: doble “E” LP -15, ratigan 212 y Hubber
Hércules 530. En las figuras 17, 18 y 19, respectivamente, se muestran todos estos
tipos de preventores.
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FIG.17 PREVENTORDOBLE “E” LP -15
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FIG.18 PREVENTOR RATIGAN 212
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FIG.19 PREVENTOR HÉRCULES 530
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VÁLVULAS DE RETENCIÓN
El objetivo principal de este tipo de válvulas, comúnmente conocidas como
check, es el de permitir el paso de un flujo por una línea en una sola dirección,
impidiendo así, el regreso del fluido cuando se presenten contrapresiones altas.
Los tipos de válvulas de retención son:
De pistón
De charnela
En las figuras 20 y 21, respectivamente, se muestran estos tipos de válvulas.
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FIG.20 VÁLVULA DE RETENCIÓN DE
PISTÓN
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FIG.21 VÁLVULA DE RETENCIÓN DE
CHARNELA
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El Reductor de Engranes
Su función es reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de
bombeo adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsión
máxima a la que estará sujeto el reductor de engranes, ya que el método del
Instituto Americano del Petróleo (API por sus siglas en inglés) usa la torsión
máxima como base para el rango de las unidades de bombeo. La designación del
Instituto Americano del Petróleo para una unidad es simplemente la torsión
máxima permisible en el reductor de engranes en miles de pulgadas-libras. Por
ejemplo: una unidad normada por el Instituto Americano del Petróleo tamaño 114,
tiene un rango de torsión máximo de 114,000 plg-lbs. El Instituto Americano del
Petróleo tiene estandarizados 16 rangos de torsión máxima, que varían desde 6.4
hasta 1’824,000 plg-lbs.
La polea del reductor de engranes es el elemento que recibe la potencia del
motor principal a través de bandas. La relación del diámetro de la polea del
reductor de engranes al diámetro de la polea del motor, y la reducción de velocidad
en el reductor de engranes, determinan la reducción total de velocidad del motor
principal hasta la varilla pulida. Los tamaños disponibles de poleas de la unidad y
el número y tipo de bandas que deben usarse, pueden determinarse de las
especificaciones del fabricante de unidades de bombeo.
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34
1.5 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE BOMBEO
Tipos de Bombas
Sus funciones son: admitir el fluido de la formación al interior de la tubería
de producción y principalmente elevar el fluido admitido hasta la superficie.
Las bombas subsuperficiales movidas por varillas se dividen en tres tipos:
a) Bombas de tubería de producción.
b) Bombas de inserción.
c) Bombas de tubería de revestimiento.
a) BOMBAS DE TUBERÍA DE PRODUCCIÓN
Las bombas de tubería de producción, por ser de un diámetro mayor, pueden
manejar volúmenes más grandes de líquidos que las bombas de inserción, sin
embargo, la carga de fluido sobre la unidad de bombeo no debe ser mayor.
La desventaja de estas bombas estriba en que el barril forma par te de la
misma tubería de producción, para efectuar alguna reparación o reposición de
partes es necesario extraer la tubería de producción completa; lo que significa una
operación más complicada, y por consiguiente, más costosa.
Un factor importante que debe tomarse en cuenta es el alargamiento de las
varillas por la carga de fluido, lo que se traduce en una disminución en la carrera
efectiva del émbolo, siendo más crítica a medida que aumenta la profundidad del
pozo.
Las bombas de tubería de producción operan mejor en pozos que tienen alto
nivel de fluidos y en donde la verticalidad del mismo haya sido comprobada.
b) BOMBAS DE INSERCIÓN
Se les denomina bombas de inserción porque el conjunto total de la bomba
(barril, émbolo y válvula estacionaria) que va conectado en el extremo inferior de
la sarta de varillas se inserta en un niple de asiento (zapata-candado) instalado en
la tubería de producción. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubería
de producción, ya que para hacer una reparación o sustitución de la bomba no es
necesario extraer la tubería de producción. La bomba de inserción se desancla y se
extrae con la sarta de varillas. Este tipo de bomba es el que más se utiliza en el
Activo de Producción Poza Rica, y se muestra en la figura 22.
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35
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.22 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE
INSERCIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
CAMISA DE LA BOMBA
NARIZ DE ANCLAJE
VÁLVULA DE PIE
VÁLVULA VIAJERA
ÉMBOLO O PISTÓN
MANDRIL DE COPAS
VÁLVULA GUÍA DE LAVARILLA DEL ÉMBOLO
CANDADO CONECTOR
VARILLA DE SUCCIÓN
COPAS O SELLOS
EXTENSIÓN SUPERIOR
EXTENSIÓN INFERIOR
SELLO BABBITT
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36
c) BOMBAS DE TUBERÍA DE REVESTIMIENTO
Este tipo de bombas son sólo una versión más grande de las bombas de
inserción.
Materiales Utilizados en la Fabricación de la Bomba
Cualquier bomba subsuperficial, movida por varillas, está constituida de los
siguientes elementos esenciales:
1) Barril de trabajo.
2) Émbolo.
3) Válvulas.
Los costos de producción de aceite se incrementan notablemente por fallas
frecuentes de la bomba subsuperficial, tanto por los costos de extracción del
equipo como por la producción diferida. Por esta razón, es de primordial
importancia que de acuerdo con las condiciones del pozo, se seleccione
correctamente el tipo de bomba por usar, tomando en cuenta las características de
los materiales utilizados en su fabricación.
1) BARRIL DE TRABAJO
Materiales utilizados en su construcción
HI-BRIN. Diseño para pozos con alto contenido de arena y gas sulfhídrico. Se
fabrica utilizando un proceso de endurecimiento denominado “nitrocicle”.
NITRELINE. Barril construido para alta resistencia mecánica y alta resistencia
a la corrosión. Lleva el mismo proceso de endurecimiento que el anterior
(“proceso nitrocicle”). Uso general.
HI-HARD. El barril se fabrica con un contenido de cromo del 5% y con el
proceso de endurecimiento “nitrocicle”. Proporciona alta resistencia a la
abrasión y a la corrosión por CO2.
KROM-I-DEE. El barril lleva una capa de endurecimiento de cromo
proporcionándole alta resistencia a la abrasión y a la corrosión. Se recomienda
usarlo en pozos que producen arena y CO2.
SILVERLINE. Este barril se recomienda usarlo en pozos con fluidos no
corrosivos y en donde la arena no sea un problema serio.
2) ÉMBOLO
Existen dos tipos de émbolo: metal a metal o de empaque suave. Los
émbolos metal a metal se fabrican con superficie lisa o ranurada.
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37
Aparentemente no existe ninguna diferencia en utilizar un émbolo de
superficie lisa o de superficie ranurada.
Una posible ventaja del émbolo ranurado sobre el émbolo liso es que una
partícula sólida puede alojarse mejor en la ranura del émbolo evitando que se raye.
Un aceite de baja viscosidad (de 1 a 20 cp) puede bombearse con un émbolo
metal a metal y con un ajuste de –0.001 plg.
Un aceite de alta viscosidad (más de 400 cp) que probablemente lleve arena
en suspensión, puede manejarse con un émbolo metal a metal con un ajuste de –
0.005 plg.
Los émbolos con empaquetadura suave pueden ser con copas o con anillos.
En pozos con profundidades mayores de 7000 pies se usan émbolos metal a metal.
Materiales utilizados en su construcción:
CO-HARD. Émbolo resistente a la corrosión y a la abrasión.
SUPER HARD. Hierro-níquel. Resistente a la corrosión de H2S.
ACERO CON RECUBRIMIENTO DE CROMO. Altamente resistente a la
corrosión por CO2 y a fluidos arenosos.
ÉMBOLOS CON EMPAQUE SUAVE. Son resistentes a la corrosión por CO 2 y
H2S. Se recomienda usarlos a profundidades menores de 5000 pies.
ÉMBOLOS DE COPAS. Se recomienda usarlos para bombeo de aceite y agua
con bajo contenido de arena. Las copas se expanden en la carrera ascendente
por la diferencia de presión y se contraen en la carrera descendente
disminuyendo la fricción con el barril. La dureza del material, así como el
número de copas deben seleccionarse de acuerdo con la profundidad de la
bomba.
ÉMBOLOS DE ANILLOS. Constan de las mismas partes que el émbolo de
copas, sólo que los anillos son flexibles y los espaciadores son en forma de
“L”. Los anillos son de hule resistente al aceite.
ÉMBOLO CON COMBINACIÓN DE COPAS Y ANILLOS. Se recomienda
usarlo para la limpieza de pozos sucios o después de un fracturamiento. Es muy
efectivo para bombear fluidos que contienen granos de arena tan fina que no
pueden ser retenidos por empaques de grava o cedazos.
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38
ÉMBOLO CON VÁLVULA SUPERIOR. Se usa en pozos profundos cuyo
contenido de gas sea muy bajo.
ÉMBOLO CON VÁLVULA DE FONDO. Se usa en pozos gaseosos colocando
la válvula viajera lo más cercano a la válvula de pie, para evitar el candado de
gas.
ÉMBOLO CON VÁLVULA EN LA PARTE SUPERIOR Y EL FONDO. Este
arreglo combina las ventajas descritas con los dos émbolos anteriores.
3) VÁLVULAS
a) Válvula de pie (de entrada).- Su función, en el ciclo de bombeo, consiste en
admitir los fluidos producidos por el pozo durante la carrera ascendente y evitar
el regreso de los mismos hacia el espacio anular en la carrera descendente.
b) Válvula viajera (de salida).- Su función, en el ciclo de bombeo, consiste en
desalojar los fluidos hacia la superficie durante la carrera ascendente y durante
la carrera descendente permitir el paso del fluido alojado en la camisa de la
bomba a través del mismo al punto muerto inferior, dando inicio a un nuevo
ciclo de bombeo.
Materiales utilizados en su construcción:
La stellita y el carburo de tungsteno son materiales apropiados cuando los
fluidos del pozo son altamente corrosivos debido a la presencia de ácido
sulfhídrico (H2S) o bióxido de carbono (CO2) y cuando se maneja mucha arena,
ya que estos materiales son muy resistentes a la abrasión.
Principio de Funcionamiento de una Bomba Subsuperficial y el Ciclo de
Bombeo
En términos generales el ciclo de bombeo se desarrolla de la siguiente forma:
Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajera
por el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite del
pozo, llenando la camisa de la bomba.
Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la
camisa de la bomba hacia arriba, llenando el interior del émbolo, y cerrando la
válvula de pie que impide que se regrese el aceite al pozo.
El émbolo es accionado desde la superficie por una Unidad de Bombeo
Mecánico, por medio de la varilla pulida y las varillas de succión, de manera que
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39
al levantar el émbolo desaloja hacia la superficie un volumen de aceite igual al
contenido en la camisa de la bomba, cuyo volumen va a ser igual al producto del
área de la sección transversal interior de la camisa, multiplicado por la carrera del
pistón, aproximadamente, ya que siempre se tiene alguna presencia de volumen de
gas en el fluido procedente del yacimiento.
El número de emboladas por minuto, dependerá de los cálculos que se hagan
de las condiciones del pozo, tanto en capacidad de producción como profundidad
del mismo, ya que unas veces estará limitada esa velocidad por la recuperación del
yacimiento, falta de aceite y otras por la profundidad del pozo.
Ciclo ideal de Bombeo
Este ciclo se representa en la figura 23, y se desarrolla de la siguiente forma:
1. En el Punto A, la válvula viajera cierra y se inicia la carrera ascendente del
pistón.
2. Del Punto A al Punto B la carga de fluido es transferida de la tubería de
Tubería de Producción, a la sarta de varillas de succión.
3. En el Punto B la válvula estacionaria abre y permite la entrada de fluidos del
pozo a la cámara de compresión de la bomba.
4. De punto B al punto C la carga de fluido es elevada por el émbolo, al mismo
tiempo que se está llenando la cámara de compresión.
5. En el Punto D se inicia la carrera descendente y cierra la válvula estacionaria,
la válvula viajera permanece cerrada.
6. En el Punto E, abre la válvula viajera y la carga es transferida de la sarta de
varillas a la tubería de producción.
7. Del Punto E al punto F, se desplaza el fluido de la cámara de compresión a la
Tubería de Producción.
8. Se repite el ciclo.
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40
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.23 CICLO IDEAL DE BOMBEO
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
1.6 SARTA DE VARILLA DE SUCCIÓN
La función de la sarta de varillas de succión es: transmitir el movimiento de
bombeo superficial y la potencia a la bomba subsuperficial. También incluye, si es
necesario, la sarta de tubería de producción, dentro de la que operan las varillas de
succión, la cual conduce hasta la superficie los fluidos bombeados.
Las varillas de succión disponibles en el mercado son de cinco diferentes
diámetros estándar. Su diseño consiste esencialmente en determinar la sarta más
ligera, y por lo tanto, la más económica, que pueda utilizarse sin exceder el
esfuerzo de trabajo de las propias varillas.
El máximo esfuerzo de trabajo para las varillas depende de su composición
química y propiedades mecánicas, además de la naturaleza del fluido bombeado, es
decir, si éste es o no corrosivo. Como regla general, es deseable mantener el
esfuerzo de las varillas por debajo de las 30000 lbs/plg2, sin embargo, la
experiencia en diferentes áreas productoras puede indicar límites menores.
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41
Cuando las bombas están colocadas a profundidades mayores de 3500 pies,
generalmente es recomendable usar sartas telescopiadas, es decir, consistentes en
diferentes diámetros de varillas. Las varillas de diámetro más pequeño se colocan
en el fondo de la sarta, inmediatamente arriba del émbolo, ya que la carga en las
varillas es más grande. A profundidades menores de 3500 pies, donde la carga en
las varillas es más grande, se emplean varillas de diámetros mayores, es to resulta
que la carga en las varillas sea grande, ya que una varilla de mayor diámetro pesa
más que una de menor diámetro. Este arreglo resulta con una carga más pequeña en
el equipo superficial, que la que se obtendrá con una sarta de telescopiada y
representa un ahorro en el costo de las varillas de succión.
Límite de Inversión de Esfuerzo sobre la Varilla Pulida
Se ha asumido la ley de Hooke para determinar el límite elástico en las
sartas, esto es para cuando el esfuerzo de tensión aplicado da como resultado la
deformación (elongación) de la sarta; el esfuerzo de tensión al cual esta falla
ocurre es cuando el material llega a su límite elástico.
El límite elástico no puede ser usado convencionalmente, sin embargo,
puede ser usado como un criterio para establecer el esfuerzo de tensión máximo de
trabajo permisible de la sarta, entonces se repite el ciclo de transmisión de
esfuerzo de cargas en las varillas dando como resultado la fatiga y falla de las
mismas, lo cual ocurre generalmente abajo del límite elástico.
Podemos considerar el límite de la duración, al máximo esfuerzo de tensión
cuando puede ser aplicado para un número infinito de cargas o esfuerzos de tensión
de inversión. Sin embargo, se ha determinado el límite de la duración de un
material, el cual, obviamente, no puede hacerse para soportar un número infinito
de cargas. Para el acero, el límite de duración puede ser tomado como un
máximo esfuerzo de tensión, el cual permite 10’000,000 (diez millones) de
inversiones antes de que falle el material.
El límite de duración de la sarta depende de:
Los componentes que presenta el acero (carbón, manganeso, silicón, níquel,
cromo y molibdeno).
Los agentes corrosivos que se presentan en los fluidos del pozo (ácido
sulfhídrico, bióxido de carbono, oxígeno).
El rango de esfuerzos de tensión en las varillas.
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42
Características del acero de las varillas de succión
El principal componente de la sarta de varillas de succión es el acero.
Muchas varillas contienen arriba del 90% de acero en su composición, pero esto
les da una consistencia suave y débil, por lo que es recomendable agregar otros
elementos para proporcionar al acero la fuerza necesaria que debe tener, así como
otras propiedades. Los diferentes materiales que pueden ser agregados para lograr
una cierta aleación con acero son los siguientes:
Carbón.- Este elemento es agregado para incrementar la fuerza, la dureza y la
susceptibilidad para tratamiento con calor, sin embargo, al incrementarse el
contenido de carbón la resistencia a la corrosión, la ductibilidad y el impacto a
la resistencia tienden a decrecer.
Manganeso.- Hace al acero menos quebradizo y actúa como un desoxidante
para reducir la formación del óxido de acero, el cual tiende a debilitar la
aleación. Algunas varillas contienen arriba del 1% de manganeso.
Silicón.- Es muy parecido al manganeso, es útil como un desoxidante en la
refinación de aceros de alto grado. Algunas varillas contienen alrededor de 0.15
al 0.35% de este elemento.
Níquel.- Es agregado para combatir las condiciones corrosivas encontradas en
los pozos de aceite, también tienen un efecto de endurecimiento sobre el acero
para evitar la disolución del fierro.
Vanadio.- Incrementa el endurecimiento del acero aún cuando se presente en
pequeñas cantidades, fomenta una estructura granular buena y retarda el
ablandamiento del acero cuando se somete a altas temperaturas.
Cobre.- Es agregado para resistir los ambientes corrosivos. Los aceros que
contienen más del 0.6% de cobre tienen una tendencia muy pronunciada hacia
el endurecimiento precipitado.
Boro.- Es usado para incrementar el endurecimiento del acero, es muy
poderoso y únicamente se agrega en porcentajes del 1%.
Cromo.- Contribuye al endurecimiento del acero y mejora la resistencia a la
corrosión del acero en el aire y en otros medio-ambientes, aunque el níquel es
más efectivo.
Molibdeno.- Es uno de los agentes más potentes que se agrega como elemento
de aleación, aunque no es tan efectivo como el carbón, es un refuerzo en la
sarta de varillas para evitar su respuesta al tratamiento con el calor.
Clases de varillas
Clase K.- Son varillas de níquel-molibdeno. Son resistentes a la corrosión y
su resistencia mínima a la tensión es de 82000 lbs/plg2.
Clase C.- Son varillas de aleación carbón-manganeso. Son para trabajo
pesado y medio; su inhibición contra la corrosión es muy efectiva, su
resistencia mínima a la tensión es de 90000 lbs/plg2. En la mayoría de los
pozos se utiliza este tipo de varilla.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA I
43
Clase D.- Son varillas de aleación níquel-cromo-molibdeno. Su resistencia
mínima a la tensión es de 115000 lbs/plg2. Estas varillas se utilizan donde
las varillas tipo C quedan en punto crítico, generalmente para pozos de alta
producción y que no manejen ácido sulfhídrico. Este tipo de varilla es el
más usual en el Activo de Producción Poza Rica.
La sarta telescopiada que se utiliza en el activo de Producción Poza Rica
está compuesta por diámetros de 1”, 7/8”y ¾”. Las varillas que componen
una sarta del tipo empleado en el Activo de Producción Poza Rica, se
muestran en la figuras 24.
Debido a su diámetro, las varillas de succión tienen el siguiente peso:
Para varillas de ¾” su peso es de 1.63 lbs por pie.
Para varillas de 7
/8” su peso es de 2.16 lbs por pie.
Para varillas de 1” su peso es de 2.88 lbs por pie.
Todas las varillas miden 25 pies de longitud.
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FIG.24-A VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE
DE 3/4”
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Varillas de bombeo API
Acoplamiento de varilla de bombeo
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FIG.24-B VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE
DE 7/8”
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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FIG.24-C VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE
DE 1”
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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45
1.7 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN Y ACCESORIOS PARA BOMBEO
MECÁNICO
La tubería de producción es aquella por la cual se conducen los líquidos y
gases producidos por el pozo hasta la superficie, tanto en pozos fluyentes como en
pozos con sistema artificial de explotación.
En pozos fluyentes, el diámetro menor de la tubería de producción permite
una elevación más eficiente utilizando la expansión del gas extraído con el aceite.
En pozos con sistema artificial de bombeo neumático, también el diámetro
menor es recomendable para elevar la columna de aceite con la expansión del gas
inyectado a la tubería de producción a través de una válvula operante de un aparejo
para bombeo neumático, instalado en unos mandriles y distribuidos de acuerdo a
un diseño en la misma tubería de producción.
En los pozos con sistema artificial movidos por varillas como el bombeo
mecánico y de cavidad progresiva, la sarta de varilla se instala en el interior d e la
tubería de producción; el diámetro varía de acuerdo al diámetro de la bomba y por
ende de la producción.
En los pozos con el sistema de cavidad progresiva, el movimiento de las
varillas va a ser rotatorio y se aplica en pozos de profundidad somera (3000 pies) y
verticales.
En los pozos con bombeo mecánico el movimiento de las varillas va a ser
reciprocante. Es aplicable en pozos de profundidad somera y de mayor
profundidad.
En todos los casos anteriores, la tubería de producción debe tener un sel lo
hermético, ya que en caso de tener alguna fuga considerable repercute en el buen
funcionamiento del sistema artificial, dejando, a veces, hasta de fluir cuando las
fugas se presentan en la parte superior del nivel dinámico y en pozos fluyentes una
reducción en la producción.
Otras de las funciones de la tubería de producción es la de proteger la
tubería de revestimiento con un empacador, evitando el paso de fluidos corrosivos
al espacio anular, ya sea producidos por el pozo o inyectados al mismo por
estimulaciones con ácido, fracturas con arena o ácidos.
Las presiones altas que podrían dañar a la tubería de revestimiento son
manejadas a través de la tubería de producción, ya que ésta es probada en las
intervenciones con equipo de terminación y reparación de pozos a una presión de
3000 lbs/plg2, y en algún caso hasta 5000 lbs/plg
2, su presión de trabajo va a ser
menor del 50% de la prueba. La tubería de producción, normalmente se presenta
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46
en diámetros de 2 3/8”, 2
7/8” y 3 ½”; en el Activo de Producción Poza Rica el
diámetro de tubería más usual es de 2 7/8”.
En el diseño de instalación de bombeo mecánico, la tubería de producción se
instala con 2 mecanismos: ancla mecánica y empacador. En ambos casos la tubería
de producción va tensionada para darle un buen desplazamiento a la sarta de
varillas, disminuyendo el desgaste por fricción, tanto en la tubería como en la sarta
de varillas y aumentando la carrera efectiva del pistón.
ACCESORIOS DE LA TUBERÍA DE PRODUCCIÓN CON BOMBEO
MECÁNICO
En el sistema artificial de Bombeo Mecánico se utilizan dos tipos de equipo
subsuperficial con distintos accesorios los cuales se muestran en la figura 25 y son:
a) Con Ancla Mecánica
b) Con Empacador
El ancla mecánica es un mecanismo que va alojado a determinada
profundidad del pozo en la sarta de Tubería de Producción, ligeramente debajo de
la bomba. Este mecanismo no lleva hules como el empacador, por esto existe
comunicación entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción. Su
objetivo principal es sujetar la tubería de producción ya tensionada. Esto hace que
en el ciclo de bombeo no se mueva la Tubería de Producción, y así aumenta la
eficiencia de la bomba por no disminuir la carrera efectiva del pistón. Si la Tubería
de Producción no tiene movimiento, entonces disminuye el desgaste de las varillas.
El diseño con ancla mecánica por lo regular se instala en pozos que todavía
conservan buena presión de fondo. Esta presión evita que el fluido utilizado en una
circulación inversa para el lavado de la bomba, se pierda en la formación, y así se
efectúa una circulación franca y por ende un lavado efectivo de la bomba.
El diseño con ancla mecánica consta básicamente de:
1. Varillas de succión.
2. Bomba subsuperficial.
3. Tubo barril con niple sello y zapata candado.
4. Separador de gas.
5. Ancla mecánica.
El empacador es un mecanismo que en el diseño de la Unidad de Bombeo
Mecánico va a cumplir con el mismo objetivo del ancla mecánica, tener tensionada
la tubería de producción, con la diferencia que el empacador lleva
hules que no permiten la comunicación entre la Tubería de Producción y la Tubería
de Revestimiento y esto hace que los fluidos producidos por el pozo fluyan
solamente por la Tubería de Producción.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA I
47
En el bombeo mecánico se utilizan para aislar una probable rotura en la
Tubería de Revestimiento y en pozos con formación muy depresionada para poder
garantizar una circulación inversa en el lavado de la bomba subsuperficial.
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FIG.25-A DISEÑO CON ANCLA MECÁNICA
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie
TP 2 7/8” 8hrr
N S
Z. CAND.
A MEC
Bomba H.F. 2 1/2” X1 3/4” X 24”
B L N C
TR 6 5/8” N.8024-28 lbs/pie
Zona de Disparos
Varilla de succión
TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie
TP 2 7/8”
N. de Sellos 2 7/8”
Zapata candadoNiple ventana
C.T. CiegoNiple ventana
Z. Conectora
EMP. SEMIPERM.
N.A C/VEMP. 415-01
Zona de Disparos
Varilla de succión
B Trico 2 1/2” X 1 3/4” X 22”
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48
El diseño con empacador consta básicamente de:
1. Varillas de succión.
2. Bomba subsuperficial.
3. Tubo barril con niple sello y zapata candado.
4. Niple ventana con tapón ciego.
5. Niple ventana.
6. Zapata conectora.
7. Empacador semipermanente.
8. Niple de asiento con válvula de pie.
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FIG.25-B DISEÑO CON EMPACADOR
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie
TP 2 7/8” 8hrr
N S
Z. CAND.
A MEC
Bomba H.F. 2 1/2” X1 3/4” X 24”
B L N C
TR 6 5/8” N.8024-28 lbs/pie
Zona de Disparos
Varilla de succión
TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie
TP 2 7/8”
N. de Sellos 2 7/8”
Zapata candadoNiple ventana
C.T. CiegoNiple ventana
Z. Conectora
EMP. SEMIPERM.
N.A C/VEMP. 415-01
Zona de Disparos
Varilla de succión
B Trico 2 1/2” X 1 3/4” X 22”
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49
2.0 CONCEPTOS FUNDAMENTALES PARA LA SELECCIÓN DE
UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO
A continuación se presentan los conceptos fundamentales cuyo objetivo es
facilitar la comprensión básica de los principios en que se fundamenta el sistema
de bombeo mecánico.
2.1 PRINCIPIO DE FLOTACIÓN O DE ARQUÍMEDES
El principio de flotación es una consecuencia de las leyes de la mecánica de
fluidos. Cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido
(líquido o gas) en reposo, el fluido ejerce una presión hidrostática proporcional a
la profundidad de cada punto que esté en contacto con el fluido, las presiones
ejercidas sobre las caras laterales se neutralizan mutuamente, en cambio, la presión
es mayor en las partes sumergidas a mayor profundidad que la presión ap licada
sobre la cara superior del cuerpo. Lo resultante de todas las fuerzas es una fuerza
de flotación, esta fuerza actúa verticalmente hacia arriba y es llamada el empuje
sobre el cuerpo sumergido.
La magnitud y el sentido de esta fuerza de flotación puede encontrarse de la
siguiente manera: la presión sobre cualquier parte de la superficie del cuerpo,
independientemente del material del que esté hecho, suponiendo que el cuerpo o
una parte de él está sumergido, se reemplaza por un fluido igual al que lo rodea,
este fluido experimentará la presión que actuaba sobre el cuerpo sumergido y
permanecerá en reposo, por lo que la fuerza de flotación que actúa en sentido
ascendente en el cuerpo, será igual a su peso y actuará verticalmente hacia arriba a
través de su centro de gravedad, de aquí se determina el principio de flotación o de
Arquímedes el cual dice:
“Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido recibe un
empuje vertical ascendente con una fuerza de flotación que es igual al peso del
fluido desalojado por dicho cuerpo”.
Una vez determinada la fuerza de flotación y según su magnitud se tiene lo
siguiente:
a) Cuando el peso del cuerpo es menor que el empuje ascendente y se encuentra
en el fondo, el cuerpo sube a la superficie y flota, es decir , desaloja menor
cantidad de líquido que su volumen.
b) Cuando el peso del cuerpo es igual al empuje ascendente, el cuerpo queda en
equilibrio dentro del líquido.
c) Cuando el peso del cuerpo es mayor que el empuje ascendente, éste se hunde
pero aparentemente disminuye su peso.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II
50
2.2 PATRÓN TÍPICO DE CARGAS EN LA VARILLA PULIDA DURANTE
EL CICLO DE BOMBEO
Todos los sistemas de bombeo mecánico que operan a una velocidad finita,
tienen como característica común el patrón típico de cargas, dividido en cuatro
zonas de movimiento, los cuales se muestran en la figura 26, eliminando los
efectos de las fuerzas de fricción y armónicas.
Iniciando en el fondo de la carrera de la varilla pulida y moviéndose hacia
arriba, se tiene:
Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de varillas y fluido se
levantan del fondo con máxima aceleración. Esta zona se extiende desde
el fondo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente.
En esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a la carga
estática de la masa de varillas y fluido. Debido a que la máxima
aceleración hacia arriba ocurre en esta zona, normalmente el producto
de la carga compuesta de varillas y fluido por la máxima aceleración, da
como resultado la carga pico o carga máxima en la varilla pulida.
Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se extiende desde cerca del punto
medio hasta el tope de la carrera. En esta zona, aún se tiene la máxima
masa de varillas y fluido, pero se está desacelerando; consecuentemente,
el componente de inercia de la masa de varillas y fluido se está restando
del total del peso estático.
Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera descendente, desplazándose
hacia abajo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera. En esta
zona únicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el
componente de inercia. Normalmente es en esta zona donde ocurre la
máxima aceleración hacia abajo.
Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la carrera descendente y se
extiende hasta el fondo de la carrera. En esta zona las varillas flotando
se desaceleran en su preparación para detenerse en el fondo de la
carrera, entonces, el componente de inercia se suma al peso de las
varillas.
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FIG.26 PATRÓN TÍPICO DE CARGAS
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Todo lo anterior es una simplificación de un tema complejo, debido a que se supuso
una masa no elástica de varillas y de fluidos, considerando inercia simple y despreciando
las fuerzas de fricción y armónicas que están involucradas.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo
dividido en cuatro zonas de movimiento.
Esta simplificación en la práctica, no es completamente verdadera, debido a
que en una columna elástica de varillas y fluido, las fuerzas armónicas
constantemente se suman y restan a las fuerzas estáticas y de inercia, de tal forma,
que las cargas exactas en la varilla pulida pueden calcularse únicamente utilizando
modelos matemáticos complejos.
FONDO DE LA CARRERA
TOPE DE LA CARRERA
CARRERA
DESCENDENTE
CARRERA
ASCENDENTE
I
II III
IV
WrWf 0
WrWf 0
Wr 0
Wr 0
0O
90O
180O 180O
270O
360O
a= MáxV= 0
a= 0V= Máx
a= MáxV= 0
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52
En un pozo con bombeo mecánico de profundidad somera a media, donde
las cargas de varillas y fluido actúan como una masa concentrada, el patrón típico
de cargas se considera aproximadamente verdadero. En pozos profundos, aunque
dicho patrón puede ser verdadero en muchos casos, hay ocasiones en que las
fuerzas armónicas modifican las cargas básicas de inercia y estáticas para producir
un desplazamiento de fuerzas con un patrón de comportamiento muy complejo. Sin
embargo, en cualquiera de los casos, el concepto de las cuatro zonas es muy
importante para entender apropiadamente el desplazamiento de las fuerzas en un
sistema de bombeo mecánico.
2.3 DIVISIÓN DE TRABAJO EN UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN
ARTIFICIAL
Prácticamente en todas las aplicaciones de bombeo mecánico el fluido se
extrae por la combinación de dos energías separadas:
1) Energía del yacimiento.
2) Energía suministrada por el sistema de producción artificial.
La porción de trabajo en el que un porcentaje es aportado por el yacimiento
y otro por el sistema de bombeo, cambia continuamente y, en ocasiones,
radicalmente. Por ejemplo: para un pozo en particular, supóngase que en un
momento dado, el 60% de la energía necesaria para elevar el flu ido y vencer la
fricción es proporcionada por el yacimiento, y que el 40% restante es
proporcionada por el sistema de producción artificial. Varias horas después, en el
mismo pozo, se bombea sin haber variado la velocidad de bombeo, ni la longitud
de carrera, y teniéndose además la misma cantidad de fluidos producidos, ocurre
exactamente lo contrario, es decir, 60% de la energía requerida es la contribución
del sistema de bombeo y el 40% es del yacimiento. De lo anterior se establece lo
siguiente: La energía requerida para elevar el fluido y vencer la fricción, es igual a
la energía proporcionada por el yacimiento, más la energía suministrada por el
sistema de producción artificial.
La carta dinamométrica tomada en la varilla pulida, registra con exactitud
cuánta energía proporciona la unidad de bombeo para elevar la columna de fluidos
y vencer la fricción en el instante de tomar la carta. Sin embargo, la energía que
proporciona el yacimiento se puede determinar únicamente si se tiene la
información para calcularla, como: nivel del fluido, la división de trabajo, presión
anular, etc.
Consecuentemente, si no se conoce la división de trabajo, es difícil evaluar
el verdadero comportamiento del sistema de bombeo mecánico.
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53
2.4 GEOMETRÍA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO
La unidad de bombeo es un mecanismo que imparte movimiento
reciprocante a la varilla pulida. En la actualidad existen varios tipos de unidades
de bombeo. Los componentes en casi todas las unidades son los mismos, lo que
varía es el diseño.
Los diferentes tipos de unidades de bombeo se clasifican de acuerdo con la
distribución y localización de los elementos que integran el equipo superficial. De
acuerdo con esto se distinguen geometrías diferentes que se clasifican en:
a) CLASE I
b) CLASE III
a) CLASE I
Este tipo de unidades tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera
con apoyo a la mitad del balancín, está representada por la unidad convencional.
En la figura 27 se aprecia el apoyo (F) cerca del centro, el esfuerzo del motor
principal (E) aplicado en el extremo del balancín y la resistencia de la carga del
pozo (R) está aplicada en el extremo opuesto del balancín.
La unidad de bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del
balancín, ha sido el tipo de unidad más usado en los campos petroleros. La
rotación de los contrapesos hace que el balancín pivotee sobre el eje del
rodamiento central, moviendo la varilla pulida hacia arriba y hacia abajo a
través de sus diferentes conexiones. Los contrapesos localizados en la
manivela, son bloques pesados de hierro fundido. Estos contrapesos pueden
moverse a lo largo de la manivela para producir mayor o menor efecto de
contrapeso.
b) CLASE III
Este tipo de unidad tiene el reductor de engranes colocado al frente y se
subdivide en las unidades Mark II y aerobalanceada. En la figura 28, se representa
una unidad Aerobalanceada en la que puede observarse que el esfuerzo (E) y la
resistencia (R) se aplican en el mismo extremo del balancín con relación al apoyo
(F) en el otro extremo.
Unidad aerobalanceada. Aparte de las ventajas de diseño y eficiencia que tiene
este tipo de unidad, tiene más aplicaciones, principalmente para el bombeo
profundo, en bombeo de altos volúmenes con carreras largas, en bombeo de crudos
pesados, etc. En muchos casos no hay más alternativa que el uso de estas unidades,
porque sería impráctico el uso de unidades con contrabalanceo rotativo aún en los
tamaños más grandes. Por ejemplo, la unidad convencional de mayor tamaño que
se construye hoy en día, es la C-1824D-365-192. En el tipo de unidad Mark II, la
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54
más grande es la M-1824D-427-216. En cambio, la unidad aerobalanceada se
fabrica hasta el tamaño A-2560D-470-240. Esta unidad tiene 240 plg de carrera
máxima con un torque de 2’560,000 lbs-plg, o sea, casi el doble de capacidad de
torque que la más grande unidad Mark II.
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FIG.27 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
CONVENCIONAL
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R
E
F
ResistenciaApoyo
Esfuerzo
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FIG.28 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
AEROBALANCEADA
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Unidad Mark II. En la figura 29, se representa una Unidad de Bombeo
Mecánico Mark II en la que puede observarse que el esfuerzo (E) y la resistencia
(R) se aplican en el mismo extremo del balancín con relación al apoyo (F) en el
otro extremo. Esta es la llamada unidad con montaje frontal, en la cual se
distinguen las siguientes características de diseño:
a) El compensador, que está colocado directamente encima del reductor, se
desplaza hacia delante cerca de la cabeza del balancín. Esto produce una
carrera ascendente y descendente de 195º y 165º respectivamente.
Asimismo, la carrera ascendente de 195º reduce la aceleración cuando la
carga es máxima y, por lo tanto, se reduce la carga máxima en la varilla
pulida. Otra ventaja de colocar el compensador hacia delante, es que se
obtiene una ventaja mecánica al levantar la carga y se reduce la ventaja
mecánica durante la carrera descendente, es decir, el factor máximo de
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56
torque durante la carrera ascendente se disminuye y durante la carrera
descendente se incrementa, debido a que el movimiento de la unidad Mark
II durante la carrera ascendente, es más lento que el de la unidad
convencional o de clase I. Este movimiento más lento, reduce la carga
máxima que soporta la Unidad de bombeo Mecánico ya que el movimiento
no es brusco, y que la carrera ascendente finaliza a los 1950
de rotación de
la manivela, mientras que la unidad de clase I lo realiza a los 1800, durante
la carrera descendente, la unidad clase III realiza su movimiento final con
los 1650
de rotación de la manivela restantes, haciéndola más rápida para
iniciar un nuevo ciclo.
b) Los contrapesos están colocados en forma descentrada (con un cierto
ángulo) en la manivela. Esto produce un torque de contrabalanceo que al
principio de la carrera ascendente se “retarda” del torque del pozo, por 7 ½º
aproximadamente. En forma similar, al inicio de la carrera descendente, el
torque de contrabalanceo queda “adelantado” aproximadamente 7 ½º.
Con las modificaciones anteriores, se consigue que la unidad trabaje igual
durante la carrera ascendente y descendente de la varilla pulida y al mismo tiempo
se reduzcan las carreras. Además, se obtiene un sistema de UNITORQUE que
produce una reducción del torque máximo requerido hasta en un 40%.
La carga descendente y la desaceleración más rápida de esta unidad, resulta
en una mayor carrera efectiva del émbolo. Esta característica requiere que en
muchas ocasiones se reduzca ligeramente la velocidad de bombeo, cuando la carga
mínima en la varilla pulida cae debajo de cero durante la inversión del movimiento
en el fondo de la carrera. La carrera descendente más lenta de la unidad
convencional, generalmente produce una menor carrera efectiva del émbolo.
La unidad Mark II reduce la carga máxima más de lo que reduce la carga
mínima, lo que significa que normalmente se tendrá un rango menor de cargas que
con la unidad convencional, lo que tiende a aumentar la vida de las varillas y a
reducir la pérdida de producción debido al menor mantenimiento por fallas de
varillas. Esto se reflejará en un ahorro en costos operacionales; otr a reducción que
se tiene en este tipo de unidades es en el costo de electricidad, ya que como la
demanda de torque es más uniforme, generalmente, se requiere el uso de un motor
más pequeño, el cual, si es eléctrico, requerirá menor energía.
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FIG.29 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
MARK II
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COMPARACIÓN DEL MOVIMIENTO ENTRE UNIDADES MARK II Y
CONVENCIONAL
Las diferentes distribuciones de palancas y localización del cojinete en el
balancín con relación a la flecha de la manivela, dan como resultado las distintas
geometrías. Para ilustrar la diferencia en la Figura 29 se presenta un modelo de
unidad clase III con el cojinete desplazado de la vertical con respecto a la flecha de
la manivela y otro modelo de unidad convencional, con el cojinete directamente
arriba de la flecha de la manivela.
Ambas unidades están en posición de iniciar la carrera ascendente.
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FIG.30 COMPARACIÓN ENTRE
UNIDADES CLASE I Y CLASE III
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En la figura 31, se aprecia que al iniciar la carrera ascendente, el
movimiento de la varilla pulida de la unidad Clase III se queda atrás de la unidad
convencional, dando por resultado una menor aceleración desde el fondo cuando se
está elevando la máxima masa de varillas y fluido. Esta aceleración reducida de la
primera unidad producirá, en la mayoría de los casos, una menor carga pico sobre
la varilla pulida en comparación con la producida por la unidad convencional. En
el caso de que la máxima carga pico soportada por la varilla pulida sea excesiva en
cualquiera de las unidades, la velocidad de bombeo debe reducirse.
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FIG.31 REPRESENTACIÒN AL INICIO DEL
MOVIMIENTO ASCENDENTE
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En la figura 32, a los 90° de rotación de la manivela, la unidad convencional
ha pasado su periodo de aceleración ascendente. A continuación reduce su
velocidad preparándose para detenerse en la parte superior de la carrera. La unidad
Clase III no iniciará su desaceleración hasta que haya pasado la marca de los 90°.
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FIG.32 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 900
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A los 135° de desplazamiento de la manivela, en la figura 33 se observa que la
carrera de la unidad Clase III aún viene atrasada con respecto a la unidad
Clase I.
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FIG.33 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 1350
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60
La unidad convencional alcanza la parte superior de la carrera a los 180°,
como se muestra en la figura 34, entonces empieza a descender. La unidad Clase
III no llegará al tope de la carrera ascendente hasta que la manivela se haya
desplazado 195° de rotación, que es el punto señalado en el círculo a la izquierda
de la biela.
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FIG.34 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 1800
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En la figura 35, se muestra la unidad Clase III a los 225°, cuando ha
iniciado la carrera descendente. La unidad convencional ha realizado casi una
cuarta parte de su viaje en descenso. De manera que la unidad Clase III debe
acelerarse para alcanzar a la convencional al terminar el ciclo.
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FIG.35 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 2250
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INICIO DE LA
CARRERA
ASCENDENTE
A los 270°, en la figura 36, se observa que la unidad Clase III ha rebasado la
carrera de la convencional y rápidamente empieza a reducir su velocidad.
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FIG.36 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 2700
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En la figura 37 se puede apreciar que la longitud de la carrera de las dos unidades,
casi es la misma a los 315° de desplazamiento de la manivela.
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FIG.37 REPRESENTACIÒN DEL
MOVIMIENTO A LOS 3150
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Al complementarse el ciclo de la manivela, las dos unidades llegan
simultáneamente al fondo de la carrera descendente como se muestra en la figura
38.
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FIG.38 REPRESENTACIÒN AL FINAL DEL
MOVIMIENTO
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La carrera descendente y la desaceleración más rápida de la unidad Clase III
generalmente resulta en una mayor carrera efectiva del émbolo de la bomba en el
fondo del pozo. Esta característica requiere que en muchas ocasiones se reduzca
ligeramente la velocidad del bombeo, cuando la carga mínima en la varilla pulida
cae debajo de cero durante la inversión del movimiento en el fondo de la carrera.
La carrera descendente más lenta de la unidad convencional, generalmente produce
una carrera menos efectiva del émbolo.
RANGO DE CARGAS EN LA UNIDAD CONVENCIONAL
Suponiendo un factor de impulso o de aceleración de 0.4, es decir, el
componente de inercia sobre la carga de la varilla pulida es 40% del peso estático
de varillas y fluido.
Entonces, se tiene que:
Carga Pico PPRL =(Wr + Wf) (1+ ) (2.1)
Por ejemplo:
Wr = 6000 lbs
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63
Wf = 4000 lbs
= 0.4
Sustituyendo los valores en la formula de carga pico se tiene:
PPRL =(6000 + 4000) (1.4) = 14000 lbs
Entonces:
Carga Mínima MPRL =(Wr) (1- ) (2.2)
Sustituyendo los valores en la formula de carga mínima se tiene:
MPRL =(6000) (1-0.4) = 3600 lbs
Por lo que el rango de cargas queda de la siguiente forma:
Rango de Cargas Rc1=PPRL – MPRL (2.3)
Sustituyendo los resultados se obtiene:
Rc1= 14000 – 3600 = 10400 lbs
RANGO DE CARGAS EN LA UNIDAD MARK II
Debido a que la unidad Mark II se mueve hacia arriba con 40% menos de
aceleración que la unidad convencional, su factor de impulso es (1+0.6 ) y en la
carrera descendente es (1-1.4 ). Entonces la carga pico y la carga mínima quedan
de la siguiente forma:
PPRL = (Wr + Wf) (1 + 0.6 )
MPRL = (Wr) [1-(1.4 )]
Sustituyendo los valores de Wr y Wf se obtiene:
PPRL = (6000 + 4000) (1.24) = 12400 lbs
MPRL = (6000) [1-(1.4x0.4)] = 2640 lbs
El rango de cargas se obtiene con la misma formula que la unidad Convencional,
entonces:
Rc2 = 12400 – 2640 = 9760 lbs
La diferencia en el rango de carga entre las dos unidades es:
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64
Rc1 – Rc2 = 640 lbs, menor rango en la unidad Mark II.
El menor rango de cargas de la unidad Mark II tiende a aumentar la vida de
las varillas y a reducir la pérdida de producción debido al menor mantenimiento
por fallas de varillas.
La unidad Mark II reduce la carga pico más de lo que reduce la carga
mínima, lo que significa que normalmente tendrá un menor rango de cargas. Sin
embargo, en aplicaciones en las que dicho rango no se reduce, la carrera
descendente más rápida da como resultado una alternativa deseable que puede
visualizarse fácilmente con un ejemplo en el diagrama de Goodman que se muestra
en la figura 39.
Un rango de cargas de 10000 lbs resultantes de una carga pico de 18000 lbs
que cae hasta una carga mínima de 8000 lbs es más benéfico para la sarta de
varillas que un rango de cargas de 10000 lbs resultante de una carga pico de
20000 lbs y una carga mínima de 10000 lbs.
El diagrama de Goodman es una gráfica que relaciona la carga pico en la
varilla pulida con un rango de cargas permisible, es decir, la diferencia entre las
cargas pico y mínima. Cuando la carga pico en la varilla pulida es menor, el r ango
de cargas permisible dentro del que las varillas puede operar con seguridad, es
mayor.
Diagrama Modificado de Goodman
En cuanto al diseño de la sarta de varillas, se debe tomar en cuenta un factor
que influye sobre el nivel de resistencia del acero llamado límite de resistencia a la
fatiga, este factor es el rango de esfuerzos bajo el cual pueden operar las varillas
dentro del límite de esfuerzos permisibles. El diagrama modificado de Goodman
relaciona la carga máxima en la varilla pulida con el rango de cargas permisible, es
decir, la diferencia entre la carga máxima y carga mínima.
Para la tensión máxima, la ecuación da los valores
reales en la varilla superior de la sarta, dicho cálculo está basado en la carga
máxima que se tiene en esa varilla entre el área de su sección transversal. Este
valor nunca debe exceder el rango de tensión permisible. El cálculo de la tensión
mínima se realiza con la misma ecuación pero considerando la carga mínima.
Aunque hay situaciones en que se necesitan usar otros grados de varilla,
generalmente se usan varillas API grado “C”. Las varillas API grado “D”, se usan
cuando la capacidad de la varilla API grado “C” se excede, y cuando no hay ácido
sulfhídrico presente.
Atop
WmaxSmax
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Las varillas API grado “C” deben tener una resistencia mínima a la tensión
de 90000 lbs/plg2 y las varillas API grado “D” deben tener una resistencia mínima
a la tensión de 115000 lbs/plg2.
Elaboración del Diagrama Goodman
Paso 1. Determine la resistencia mínima a la tensión (T) de las varillas,
utilizando únicamente el grado API, los valores mínimos que a continuación se
muestran han sido establecidos por API. El ejemplo, corresponde a un grado API
“D” con una resistencia mínima a la tensión de 115000 lbs.
Grado API Fuerza mínima de tensión (lbs/plg2)
C 90000
D 115000
K 85000
Paso 2. Coloque líneas horizontales y verticales sobre papel gráfico,
después coloque una línea de 45 grados entre éstas. Esta línea de 45 grados
establece el estrés mínimo. Construya una escala de estrés en la línea central.
Paso 3. Utilizando la escala de estrés coloque el punto T/1.75 en la línea
de 45 grados donde
Paso 4. Sobre la línea central vertical, localice el punto T/4. Trace una línea
entre este punto y el punto establecido en el paso 3. Esta línea define el
estrés máximo permisible para un factor de servicio de 1, entonces:
Paso 5. Coloque el estrés mínimo sobre la línea de 45°. Utilice la escala de
estrés mostrada en la línea central vertical.
Paso 6. El estrés máximo permisible es leído directamente arriba en la línea
para este concepto estrés máximo permisible.
Paso 7. Localice el estrés máximo (calculado o medido). Si este estrés es
mayor que el estrés máximo permisible, las varillas estarán sobrecargadas. Si e l
estrés máximo actual es menor que el estrés máximo permisible, las varillas no
estarán sobrecargadas.
El Diagrama de Goodman permite la consideración de ambos rangos, de
estrés máximo y de estrés permisible. Es una afirmación pictórica del hecho de que
niveles de picos mayores son permisibles si los rangos de estrés son bajos. Al
contrario, si el rango de estrés es alto, el estrés pico permisible, debe ser reducido.
2lbs/plg 65714.281.75
115000 tantolopor 115000,T
2lbs/plg 287504
115000 T
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FIG.39 DIAGRAMA MODIFICADO DE
GOODMAN (DE API RPII BR)
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Efectos de la Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico
Sin considerar las fuerzas armónicas en la sarta de varillas, y suponiendo
que la unidad está bombeando todo el fluido disponible del pozo a una cierta
velocidad de bombeo, existen tres factores que controlan el movimiento de la
carrera descendente y la velocidad de bombeo:
1) Longitud de carrera.
2) Fuerzas que retardan la carrera descendente.
3) Geometría de la unidad.
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67
Cuando la unidad está elevando el fluido, hay varios factores importantes
que deben reconocerse. Primeramente, el ciclo de bombeo se divide en dos partes:
Productivo y No Productivo. La parte productiva del ciclo ocurre durant e la carrera
ascendente cuando se eleva la columna de fluido, y el no productivo durante la
carrera descendente que tiene como función principal regresar a las varillas y el
émbolo a su posición en el fondo, de modo que la columna de fluido pueda ser
elevada nuevamente. El regreso más rápido de las varillas en esta parte del ciclo no
productivo hace que la carrera ascendente productiva se presente más pronto.
La carrera ascendente es productiva por dos razones:
a) Es el tiempo durante el cual la columna de fluido se eleva.
b) Es el tiempo durante el cual el fluido del pozo entra al barril de la bomba.
Por lo tanto, la producción es posible tanto por la elevación de la columna
de fluido durante la carrera ascendente, como por el tiempo que dura ésta mientras
que la bomba se carga. Es decir, mayor tiempo en la carrera ascendente, mayor
tiempo de llenado y más cantidad de fluido que entra al barril para que sea
elevado.
Frecuentemente los operadores piensan que la unidad de bombeo eleva a las
varillas y fluido durante la carrera ascendente y luego forza las varillas hacia abajo
durante la carrera descendente. La forma en que realmente trabaja la unidad es:
Durante la carrera ascendente eleva las varillas y el fluido; durante la carrera
descendente, la fuerza de gravedad jala a las varillas hacia abajo en contra de las
fuerzas de fricción y la flotación. Esto es fácil de entender debido a que los cables
de acero en la cabeza de caballo trabajan únicamente a tensión y no son capaces de
empujar las varillas hacia abajo. En la unidad de bombeo mecánico hay cuatro
características importantes de movimiento:
1) Aceleración máxima desde el fondo para elevar la carga total de varillas y
fluido.
2) El tiempo que dura la carrera ascendente, es el mismo durante el que se
llena el barril de la bomba.
3) Aceleración máxima al iniciar la carrera descendente.
4) Velocidad máxima en la carrera descendente. Debe tomarse como referencia
que la velocidad angular de la manivela es constante.
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68
2.5 ACELERACIÓN EN LA VARILLA PULIDA
Debido a la colocación de la manivela y la biela, las dos clases de geometrías
tienen características de aceleración en la varilla pulida, que son totalmente
opuestas.
La velocidad angular constante de la manivela en la unidad convencional
(Clase I), hace que la inversión de movimiento de la varilla pulida en el fondo, se
realice con aceleración relativamente alta y la inversión de movimiento en la parte
superior, con aceleración relativamente baja.
En las unidades Mark II y balanceadas por aire (Clase III), l as
características de aceleración son opuestas. Esta geometría hace que el sistema
realice la inversión de movimiento en el fondo con baja aceleración y en la parte
superior con un poco más de aceleración que en la unidad convencional.
Como conclusión, el movimiento reciprocante de las unidades de bombeo
mecánico Clase I y Clase III, presenta valores máximos de aceleración al inicio de
la carrera ascendente y de la descendente, lo cual puede entenderse fácilmente al
compararlo con el movimiento armónico simple.
Supóngase que la varilla pulida se está moviendo hacia arriba y hacia abajo
con movimiento armónico simple. Esto significa que la máxima aceleración se
presenta cuando se inicia el movimiento ascendente de la varilla pulida y, la
máxima aceleración se presenta nuevamente al inicio del movimiento descendente
con valores iguales. En el movimiento armónico simple, la máxima velocidad en la
carrera ascendente es igual a la máxima velocidad en la carrera descendente y se
presenta a la mitad de la carrera. El tiempo en que se realizan ambas carreras es
exactamente el mismo.
Sin embargo, el movimiento armónico simple no se logra y no es
necesariamente deseable. En la unidad convencional, la manivela gira con
velocidad angular constante, acelera hacia arr iba con la máxima carga de varillas y
fluido más rápido que en el movimiento armónico simple, pero en el punto superior
de la carrera, la aceleración hacia abajo es menor que en el movimiento armónico
simple.
En las unidades balanceadas por aire y Mark II, las características de
movimiento se invierten. Éstas mueven la máxima carga de varillas y fluido hacia
arriba con aceleración o menor movimiento armónico simple, mientras que en la
parte superior de la carrera, el movimiento hacia abajo tiene mayor ace leración que
el movimiento armónico simple.
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69
Regresando al concepto de la masa concentrada, la carga pico en la varilla
pulida está controlada por la magnitud de la aceleración en el fondo de la carrera
ascendente. Mayor aceleración, mayor carga pico, y en consecuencia, se
incrementa el esfuerzo en las varillas y la carga en la estructura de la unidad. En el
levantamiento de la máxima carga de varillas y fluido desde el fondo, al
componente de inercia se suma el peso estático. Al invertirse el movimien to en la
parte superior de la carrera, el componente de inercia se resta del peso de las
varillas flotando es decir, el valor de la carga pico en la varilla pulida y en la
estructura, se tiene al invertirse el movimiento en el fondo de la carrera, mientas
que el valor mínimo de carga se tiene al invertir el movimiento en la parte superior
de la carrera.
2.6 MOVIMIENTO BÁSICO DE BOMBEO EN UN SISTEMA NO
ELÁSTICO SIMPLE
Las fuerzas que intervienen en un sistema de varillas elásticas en
movimiento son complejas, por lo que, a fin de entender los conceptos básicos del
bombeo con varillas de succión, es conveniente empezar por dividir el movimiento
en sus dos componentes más simples y considerar que en la carrera ascendente la
carga de varillas y fluido está concentrada en una masa no elástica, como una
enorme pelota, y que en la carrera descendente la carga de varillas sola, equivale a
una pelota de menor tamaño o peso.
Por ejemplo: se supone momentáneamente que la sarta de varillas está concentrada en una masa de 6000 lbs y la carga de fluido en una segunda masa de 4000 lbs, para un total de 10000 lbs de carga en la carrera ascendente, despreciando las cargas por fricción. Ahora se aplica una fuerza ascendente de 10000 lbs en la varilla pulida, contra las 10000 lbs del peso concentrado de varillas y fluido. Entonces el sistema permanece en equilibrio, debido a que la varilla pulida jala hacia arriba con la misma fuerza con que las varillas y fluido jalan hacia abajo. Las fuerzas simplemente permanecen estáticas.
Sin embargo, si la fuerza aplicada en la varilla pulida es cualquier valor
mayor que las 10000 lbs, la masa concentrada de varillas y fluido empezará a
moverse hacia arriba con una cierta aceleración, debido a la mayor fuerza o jalón
de la varilla pulida. Entonces, si se aplica un 10% adicional a la fuerza con que
jala a la varilla pulida, es decir 10000 + 1000 = 11000 lbs, la carga de varillas y
fluido se moverá hacia arriba con una cierta aceleración. Este componente de
fuerza adicional ascendente se llama factor de impulso o factor de aceleración ( )
y se expresa como uno (1.0) más algún porcentaje de la carga estática. En el caso
anterior, agregar un 10% a la carga estática de varillas y fluido, equivale a
multiplicar por 1.1; un factor de impulso de 0.2 sería equivalente a multiplicar
dicha carga por 1.2, lo que significa que la fuerza total ascendente en la varilla
pulida es el peso estático de varillas y fluido, más un 20% de fuerza adicional de la
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70
carga estática, a fin de acelerar a las varillas y fluido hacia arriba con una cierta
velocidad de bombeo. Para bombear más rápidamente es necesario aplicar una
fuerza ascendente igual al peso estático de varillas y fluidos más 30% ó 40% de
dicho peso para obtener un impulso o factor de aceleración de 1.3 ó 1.4,
respectivamente.
El producto del peso estático de las varillas y fluido por el factor de
impulso, da como resultado, aproximadamente, la carga máxima (carga pico)
aplicada en la varilla pulida por una masa concentrada, como se considera en un
sistema de bombeo mecánico en un pozo somero con cargas ligeras.
2.7 CONTRABALANCEO DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO
Uno de los aspectos más importantes del diseño de la instalación, es la
selección del contrabalanceo necesario para reducir el tamaño del motor principal
y los requerimientos de torsión en el reductor de engranes.
En un sistema de bombeo mecánico, se requiere que el trabajo de la varilla
pulida para elevar la columna de fluido, sea ejecutado únicamente durante la
primera mitad del ciclo de la manivela, es decir, en la carrera ascendente. Si la
unidad no estuviera contrabalanceada, el trabajo total requerido sería realizado por
el motor principal durante la carrera ascendente, al estar elevando las varillas y el
fluido, mientras que en la segunda mitad del ciclo, en la carrera descendente, el
motor quedaría muerto conforme la fuerza de gravedad jala las varillas y el émbolo
de la bomba hacia abajo, para regresarlos a su posición inicial.
Entonces, en una unidad no contrabalanceada, todo el trabajo útil del motor
principal sería realizado durante la carrera ascendente y sería nulo en la carrera
descendente. Se requeriría un motor principal y reductor de engranes relativamente
grandes para producir fluidos en una forma eficiente.
A fin de reducir el tamaño del motor y del reductor de engranes, se colocan
contrapesos en el sistema con un peso aproximadamente igual al peso de las
varillas, más la mitad del peso del fluido. Durante la carrera ascendente, al elevar
el peso combinado de varillas y fluido, el motor recibe ayuda del efecto de
contrabalanceo, lo que resulta en una fuerza desbalanceada equivalente a la mitad
de peso del fluido, que es el único peso que se requiere elevar. Lo anterior se
calcula con la siguiente ecuación:
(2.4)
En la carrera descendente, el efecto de contrabalanceo se opone al regreso de
las varillas flotando y nuevamente el resultado es una fuerza desbalanceada, equivalente a la mitad del peso del fluido. Esto se representa con la ecuación:
2
Wf
2
Wf Wr Wf Wr
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71
Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = fuerza desbalanceada
(2.5)
Entonces, con el efecto de contrabalanceo se logra que los requerimientos
de trabajo y de torsión, para el motor principal y el reductor de engranes
respectivamente, sean aproximadamente iguales en la carrera ascendente y en la
descendente.
En una unidad de bombeo mecánico no contrabalanceada, durante la carrera
ascendente, el motor y el reductor de engranes deben manejar una carga en la
varilla pulida, equivalente al peso de las varillas más el peso del fluido, por otra
parte, en la unidad apropiadamente contrabalanceada, durante la carrera ascendente
y la descendente, el motor y el reductor se enfrentan a una carga de únicamente la
mitad del peso del fluido. Consecuentemente, la forma de lograr reducir el tamaño
del motor y del reductor requeridos, es mediante el contrabalanceo de la unidad.
Desde el punto de vista mecánico, cuando la unidad eleva las varillas desde
el fondo hasta la parte superior de la carrera, se entrega energía potencial al
sistema. Cuando la fuerza de gravedad jala las varillas hacia abajo, la misma
cantidad de energía potencial es cedida. Entonces, el trabajo mecánico que
ejecutan las varillas en un ciclo completo de la manivela es de cero.
En la unidad no contrabalanceada, el motor realizará un trabajo
relativamente duro en la carrera ascendente para elevar las varillas y el fluido,
mientras que en la carrera descendente no hay forma de ayudar a almacenar
energía potencial en el sistema.
En la unidad contrabalanceada el motor recibe ayuda durante la carrera
ascendente por la caída de los contrapesos, cuando se está elevando la máxima
carga de varillas y fluido. Durante la carrera descendente, la fuerza de gravedad
que jala a las varillas, ayuda a que el motor principal eleve los contrapesos, por lo
que se almacena energía potencial en el sistema.
A continuación se presenta un ejemplo para una unidad de bombeo cuando
no está contrabalanceada y cuando sí lo está. Las fuerzas de fricción, flotación y
dinámicas se desprecian.
Wr = 10000 lbs
Wf = 4000 lbs
2
Wf Wr
2
Wf Wr
lbs 12000 2
4000 10000
2
Wf Wr nceo Contrabala
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72
Unidad no contrabalanceada
Carrera ascendente:
Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = fuerza desbalanceada
(10000 + 4000) – (0) = 14000 lbs
Carrera descendente:
Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = fuerza desbalanceada
(0) – (10000) = - 10000 lbs
Unidad contrabalanceada
Carrera ascendente:
Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = fuerza desbalanceada
(10000 + 4000) – (12000) = 2000 lbs
Carrera descendente:
Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = fuerza desbalanceada
(12000) – (10000) = 2000 lbs
El peso del contrabalanceo en efecto, almacena energía durante la carrera
descendente cuando la demanda de potencia es baja y libera energía durante la
carrera ascendente, efectuando parte del trabajo de elevación del fluido y varillas.
Para evitar una equivocada interpretación de terminología, es necesario
diferenciar entre efecto de contrabalanceo, que es la contribución ne ta del sistema
de contrabalanceo sobre la varilla pulida y contrabalanceo o contrapeso, que es el
peso o sistema de pesos usado para obtener el efecto de contrabalanceo. El efecto
de contrabalanceo está determinado por el peso real del contrapeso, por su posición
y por la geometría de la unidad superficial.
Un efecto de contrabalanceo puede obtenerse colocando los contrapesos en
el balancín, en la biela o en la manivela. En algunos casos, particularmente en
unidades grandes, el aire a presión se usa para obtener el efecto de contrabalanceo
deseado.
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73
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Contrabalanceo de la Unidad de Bombeo Mecánico.
Datos:
Wr = 12000 lbs.
Wf = 6000 lbs.
Unidad no contrabalanceada
Carrera ascendente:
Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = Fuerza desbalanceada
12000 + 6000 – 0 = 18000 lbs.
Carrera descendente
Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = Fuerza desbalanceada
0 – 12000 = - 12000 lbs.
Unidad contrabalanceada
Carrera ascendente
Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = Fuerza desbalanceada
(12000 + 6000) – 15000 = 3000 lbs.
Carrera Descendente
Contrabalanceo – Carga en la Carrera Descendente = Fuerza desbalanceada
(15000) – 12000 = 3000 lbs.
lbs 15000 2
6000 12000 2
Wf Wr nceo
Contrabala
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74
2.8 TORSIÓN
La torsión se define como la fuerza que actúa en el extremo de un brazo de
palanca, multiplicada por la longitud del brazo y que tiende a producir una rotación
y un trabajo. Cuando este concepto se aplica a las unidades de bombeo mecánico,
la torsión se refiere al número de libras- pulgadas de fuerza aplicado a la manivela
por la flecha del reductor de engranes, esta torsión es producida por el movimiento
de la biela, debido a las cargas del pozo y a un efecto opuesto del contrabalanceo.
Básicamente, la torsión neta en la flecha del reductor de engranes es la
diferencia entre la torsión impuesta por la carga del pozo y la impuesta por el
contrabalanceo en cualquier posición de la manivela. La torsión neta máxima es
llamada torsión pico y su valor corresponde a aquel para el que está diseñado el
reductor de engranes (consultar especificaciones de los fabricantes de unidades de
bombeo mecánico).
Como se mencionó anteriormente, en una unidad apropiadamente
contrabalanceada, los contrapesos ayudan al motor principal suministrando
suficiente torsión extra para elevar teóricamente, el peso total de las varillas más la
mitad del peso de la columna de fluido. El contrabalanceo apropiado también
reduce las inversiones de torsión, que pueden ocurrir durante la porción media de
la carrera ascendente y de la descendente.
Cuando los contrapesos están en la parte superior de su ciclo, contribuyen a
que la torsión sea cero al iniciar el proceso de elevación. La torsión suministrada
por los contrapesos se incrementa conforme éstos se mueven hacia la posición de
90°, en la que se tiene la torsión máxima efectiva. A partir de esta posición, la
torsión efectiva disminuye hasta que los contrapesos llegan a los 180° de
desplazamiento, en donde la torsión vuelve a ser de cero.
En la segunda parte del ciclo, que es la carrera descendente, la torsión
impuesta por los contrapesos se considera positiva, debido a que éstos deben ser
elevados. Entonces es cuando en el sistema se almacena energía que será utilizada
posteriormente en la carrera ascendente del ciclo. La torsión efectiva suministrada
por los contrapesos en cualquier posición del ciclo de bombeo, se ilustra en la
Figura 40.
En el eje horizontal de la gráfica se tiene el grado de rotación de la manivela
y de los contrapesos.
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75
0 90° 180° 270° 360°
Grados de Rotación de la Manivela
TO
RS
IÓN
EN
MIL
ES
lbs-
plg
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.40 CURVA DE TORSIÓN EN UNA
UNIDAD CONVENCIONAL
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
El grado de rotación de ambos es idéntico debido a que giran como una sola pieza
sobre el mismo brazo de palanca en las unidades Clase I. En el eje vertical se tiene
la torsión suministrada por los contrapesos en miles de libras- pulgadas. Nótese
que aproximadamente a la mitad de este eje se tiene la línea de torsión cero. La
carrera ascendente es la parte de la curva de torsión que está por debajo de la línea
de cero, y se considera negativa debido a que se está reduciendo el trabajo que
debe realizar el motor principal para elevar la carga existente sobre la varilla
pulida. La curva de torsión por arriba de la línea cero, corresponde a la carrera
descendente y es positiva como se consideró anteriormente.
En las unidades Clase III, el contrabalanceo está colocado afuera de la línea
central de la manivela, así que cuando ésta se encuentra en la posición del fondo de
la carrera, el contrapeso aún está siendo elevado para almacenar energía potencial.
Esto da como resultado que la curva de torsión de las unidades Clase III, sea
diferente de la curva para la unidad convencional.
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76
La comparación de las curvas de torsión para las dos clases de unidades, se
muestra en la figura 41, donde se aprecia que el contrapeso colocado fuera de la
línea central de la manivela, mueve a la curva de torsión de la unidad Clase III 30°
a la derecha de la curva graficada para la unidad convencional. Es ta diferencia de
torsión por contrabalanceo se refleja en la torsión neta impuesta sobre el reductor
de engranes, y consecuentemente, en la demanda de potencia del motor principal.
La comparación de la torsión neta impuesta sobre el reductor de engranes de
unidades de bombeo mecánico de idéntico tamaño y operando bajo las mismas
condiciones en un solo peso, es una forma de diferenciar el comportamiento de
dichas unidades. Para calcular la torsión neta, se deben obtener las cargas sobre la
varilla pulida de cada una de las unidades bajo condiciones de operación.
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.41 COMPARACIÓN DE CURVAS DE
TORSIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Los datos de carga sobre la varilla pulida, se obtienen mediante un
dinamómetro que se instala en el equipo superficial para construir una carta
dinamométrica. En la figura 42 se muestra una carta dinamométrica.
0 90° 180°270° 360°
Grados de Rotación de la Manivela
TO
RS
IÓN
EN
MIL
ES
lb
s-p
lg
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II
77
0
4
8
12
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
Desplazamiento de la Varilla
Carga en Miles de Libras
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FIG.42 CARTA DINAMOMÉTRICA
SUPERFICIAL
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
2.9 Factores de Torsión
Uno de los conceptos más importantes en el sistema de bombeo mecánico es
el factor de Torsión. La razón de su importancia se debe a que sin él, sería
imposible determinar la carga de torsión exacta que la sarta de varillas impone
sobre el reductor de engranes en cualquier posición de la manivela.
La figura 42 es un diagrama real de cargas vs. desplazamiento de la varilla
pulida, obtenida durante una prueba de campo con una unidad convencional. Para
convertir las cargas registradas en la varilla pulida a datos de torsión por carga, el
diagrama se marca cada 15° de desplazamiento de la manivela. Entonces, las
cargas sobre la varilla pulida, en cada marca, se multiplican por el factor de torsión
para obtener la torsión por carga impuesta sobre el reductor de engranes en cada
uno de esos puntos del ciclo de bombeo.
El factor de torsión, es la relación de la torsión por carga sobre el reductor
de engranes a la carga sobre la varilla pulida. El Instituto Americano del Petróleo
(API), requiere que para cada tamaño de unidad existente en el mercado, los
fabricantes publiquen una lista de factores de torsión, los cuales se muestran en la
figura 43.
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78
FACTORES DE TORSIÓN POSICIÓN
DE LA
MANIVELA
PARA POZO
DIRIGIDO
PARA
CONTRA
PESO
1 0 0.00 0.0
2 - 9.11 + 6.95
3 - 16.50 + 13.48
4 - 22.15 + 19.05
5 - 25.15 + 23.35
6 - 27.20 + 26.05
7 90 - 26.97 + 26.95 -275013 lbs-plg torsión en el
reductor de engranes
8 - 24.70 + 26.05 10197 lbs carga en la varilla pulida
9 - 21.00 + 23.35
10 - 16.12 + 19.05
11 - 10.68 + 18.48
12 - 5.24 + 6.95
13 180 0.00 0.00
14 + 4.82 8.95
15 + 9.20 - 13.48
16 + 13.40 - 19.05
17 + 17.80 - 23.35
18 + 21.90 - 26.05
19 270 + 25.80 - 26.95
20 + 28.50 - 26.05
21 + 28.90 - 23.35
22 + 25.80 - 19.05
23 + 19.15 - 19.48
24 - 10.01 0.00
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FIG.43 FACTORES DE TORSIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
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79
Los resultados de multiplicar las cargas en la varilla pulida por los factores
de torsión dados por el fabricante, se grafican como se muestra en la figura 44, la
curva senoidal corresponde a la torsión por contrabalanceo que se mencionó
anteriormente, y la otra curva, representa los valores de torsión por carga para la
unidad convencional.
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FIG.44 CURVA DE TORSIÓN EN UNA
UNIDAD CONVENCIONAL
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
La suma aritmética de los valores de torsión indicados por ambas curvas, da
como resultado una tercera curva, que muestra la carga de torsión ne ta impuesta
sobre el reductor de engranes, misma que aparece en la figura 45. Las áreas
negativas en ésta o cualquier otra unidad de bombeo mecánico, indican desgaste
parcial de energía del motor principal y son indeseables.
Torsión en Miles de lbs-plg
Grados de Rotación de la Manivela
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FIG.45 CURVA DE TORSIÓN NETA EN UNA
UNIDAD CONVENCIONAL
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La figura 46, es un diagrama de cargas vs. desplazamiento de la varilla
pulida, obtenido de una unidad Clase III, durante la misma prueba de campo
mencionada, bajo idénticas condiciones de trabajo.
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FIG.46 CARTA DINAMOMÉTRICA
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Torsión enMiles delbs-plg
Grados de Rotación de la Manivela
Desplazamiento de la Varilla Pulida
Carga en Miles de Libras
0
4
8
12
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81
La diferencia entre esta gráfica y la de la unidad convencional se debe
principalmente a las distintas geometrías de las unidades. En consecuencia, la
curva de torsión neta para la unidad Clase III, que se muestra en la figura 47 es
diferente de la curva de torsión neta de la unidad Clase I, que se presenta en la
figura 48, aunque ambas unidades estén efectuando la misma cantidad de trabajo
en la varilla pulida.
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FIG.47 UNIDAD MARK II
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
0° 90° 180° 270° 360°
Carrera Ascendente Carrera Descendente
Torsión en Miles de lbs-plg
Grados de rotación de la manivela
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FIG.48 UNIDAD CONVENCIONAL
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Para determinar las cargas correspondientes a los ángulos de la manivela, es importante saber que en la carrera ascendente el ángulo variará de 0º a 180º y en la carrera descendente variará de 180º a 360º.
De acuerdo a los valores de torque instantáneo a lo largo de todo el ciclo de
bombeo y en las distintas posiciones de la manivela, se puede determinar cuando la
instalación está contrabalanceada adecuadamente, le falta contrabalanceo o está
sobre contrabalanceada.
Para una Unidad de Bombeo Mecánico bajo contrabalanceada, el torque máximo en la carrera ascendente es mucho mayor que en la carrera descendente como se observa en la figura 49.
Carrera Ascendente Carrera Descendente
TorsiónMiles de p-lbs-plg
Rango del Reductorde engranes
180° 270° 360°Grados de rotación de la manivela
0° 90°
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FIG.49 CURVA DE TORSIÓN PARA UNA
UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO BAJO CONTRABALANCEADO
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Para una Unidad de Bombeo Mecánico sobre balanceado, el torque máximo
en la carrera descendente es mayor que en la carrera ascendente, como se observa
en la figura 50.
TO
RS
IÓ
N (
10
00
LB
S-P
LG )
° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
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FIG.50 CURVA DE TORSIÓN PARA UNA
UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO SOBRE CONTRABALANCEADO
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
En el caso en que una Unidad de Bombeo Mecánico ha sido correctamente contrabalanceada, los torques en la carrera ascendente y en la carrera descendente, son aproximadamente iguales, como se observa en la figura 51.
°° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
TO
RS
IÓ
N (
10
00
LB
S-P
LG
)
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85
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FIG.51 CURVA DE TORSIÓN PARA UNA
UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO CORRECTAMENTE CONTRABALANCEADO
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Balanceo Estructural
Es la distribución de esfuerzos que actúan sobre los apoyos de la unidad
para que se mantenga en equilibrio y se obtenga una operación eficiente de la
misma.
TO
RS
IÓN
(10
00 L
BS
-PL
G)
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86
El contrabalanceo calculado en las Unidades de Bombeo Mecánico, se
efectúa a un punto óptimo cuando la unidad de bombeo mecánico ya está operando
en condiciones normales y aportando fluido de formación.
El operario electricista verifica con un amperímetro de gancho que el
amperaje del motor principal no presente picos, independientemente del tamaño
del motor, en caso de que presente picos se mueven los contrapesos de la unidad
hacia adelante o hacia atrás de la posición que tengan en la manivela, también, si
se requiere, se puede disminuir el peso de los contrapesos por otros pequeños o
aumentar el peso de los mismos con unos contrapesos auxiliares.
En caso necesario se tendrá que cambiar el motor a un tamaño menor o mayor
dependiendo el caso, definitivamente en superficie cualquier diseño debe adaptarse
a las condiciones de operación del pozo.
2.10 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE
En cuanto al bombeo mecánico se refiere, es importante aclarar la forma en
que se lleva a cabo el movimiento que permite el bombeo óptimo. El movimiento
que describe el ciclo de la manivela mostrado en la Figura 52 es un movimiento
uniforme y periódico llamado movimiento armónico simple. Es un movimiento
periódico, ya que se repite idénticamente el movimiento en una sucesión de
intervalos iguales de tiempo, siguiendo una circunferencia y recorriendo la misma
trayectoria una y otra vez con la misma velocidad.
Supóngase que una proyección perpendicular P’ – P es dibujada desde el eje
vertical D – B, en la circunferencia donde termina en punto P y si el punto P viaja
alrededor de la manivela un ciclo con una velocidad angular constante, el punto P ’
se mueve hacia abajo en el eje vertical D – B periódicamente con un movimiento
armónico simple.
Con este tipo de movimiento, el punto P’ inicia en forma descendente del
tope hacia abajo y en forma ascendente desde el fondo hacia arriba con el mismo
valor de aceleración máxima. La aceleración de P’ al alcanzar la posición O a la
mitad del eje vertical es cero, debido a que cambia de aceleración a desaceleración.
La velocidad de P’ es cero en ambos casos, en el tope y en el fondo de su
viaje (puntos B y D), pero en el punto O es la máxima y su aceleración es cero.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II
87
V
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.52 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
La manivela se conecta a un miembro rígido llamado “biela”, el cual
transmite movimiento al balancín para efectuar el movimiento de bombeo. La
conexión superior de la biela (v) llamada ecualizador (Yoke transversal), se mueve
verticalmente hacia arriba y hacia abajo en una línea recta, dicho movimiento no es
un movimiento armónico simple aún cuando la manivela gira a una velocidad
angular constante.
Como el punto P describe un movimiento uniforme alrededor del ciclo de la
manivela, el ecualizador describe un movimiento reciprocante que puede diferir
sustancialmente del movimiento armónico simple del punto P’. Esto se debe a la
angulosidad del mecanismo biela–manivela. El ángulo más pequeño entre la
manivela y la biela es cuando la manivela está horizontal, que es una de las más
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II
88
grandes divergencias del movimiento del ecualizador desde que el movimiento
armónico simple fue descrito por el punto P’. Por eso, sólo una longitud infinita de
la biela podrá desarrollar un movimiento armónico simple del ecualizador.
En la figura 53, cuando el perno de la manivela (P) se mueve alrededor del
ciclo de A a B y de ahí a C, el ecualizador se mueve verticalmente desde a’ a b’, lo
cual corresponde al viaje del perno de la manivela (P) de C a D y de regreso a A.
Esto es debido a que el viaje del ecualizador está en función de los componentes
verticales de la manivela (BP) y la biela (PV). En los cuadrantes superiores del
ciclo de la manivela, los componentes verticales viajeros de la manivela y de la
biela son sumados en los dos cuadrantes inferiores restados. Esta modificación del
movimiento armónico simple de la manivela-biela, puede tener un efecto
importante sobre la velocidad y las características de aceleración del ecualizador
transmitidas al balancín. Esto es, debido a que el punto P viaja en el ciclo a una
velocidad angular constante, el tiempo necesario para cubrir cada uno de los
cuadrantes es el mismo. Sin embargo, la distancia que el ecualizador desarrolla de
b’ a a’ es mucho más larga que de a’ a d’, aún así, las velocidades del fondo y del
tope del ciclo son cero, además, la aceleración es sustancialmente mayor de b’ a a’
que de d’ a a’.
Esta anomalía cinemática tiene consecuencias importantes. Dado que el perno
de la manivela cubre los dos cuadrantes superiores del ciclo, el ecualizador se
mueve hasta el tope de su carrera con una desaceleración máxima relativamente
alta y comienza a descender con una aceleración máxima igualmente alta. Pero
como también el perno de la manivela cubre los dos cuadrantes infer iores del ciclo,
el ecualizador desacelera hacia el fondo de la carrera con un valor máximo
relativamente menor, mientras que la aceleración hacia arriba tiene un valor
similar al anterior, con lo que se reduce la aceleración máxima relativamente
menor, mientras que la aceleración hacia arriba tiene un valor similar al anterior,
con lo que se reduce; la aceleración del ecualizador juega un papel muy importante
en la selección de la varilla, en la estructura de la misma y en los valores de los
rangos de carga de la varilla para diferentes geometrías de bomba.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II
89
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIG.53 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
B
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
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3.0 CALCULOS PARA LA SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA,
DISEÑO DE LA SARTA DE VARILLAS Y CARRERA EFECTIVA DEL
ÉMBOLO
3.1 SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA
Para una profundidad de colocación de la bomba y un volumen de producción dado,
existe un tamaño apropiado de ésta que es el resultado de mantener una carrera efectiva del
émbolo y una velocidad de operación moderada.
El factor más importante a considerar en la selección de una Unidad de Bombeo
Mecánico, es el volumen de fluido que es capaz de desplazar por cada pulgada de carrera
del émbolo, el cual depende del diámetro del émbolo.
El desplazamiento teórico de la bomba en el fondo (PD) es determinado por:
PD = 0.1484 Ap Sp N (BPD) barriles por día (3.1)
Otra forma de calcular el desplazamiento teórico de la bomba es mediante
una constante de bombeo (K), la cual es obtenida de acuerdo al tamaño del émbolo
y es determinada por la siguiente ecuación:
K = 0.1484 Ap (3.2)
PD = K Sp N (3.3)
Donde:
(3.4)
El valor de K, se puede obtener directamente de la tabla 1, que aparece en el
anexo A, con el diámetro del émbolo.
El gasto de producción en la superficie (q) es menor que el desplazamiento
teórico de la bomba, debido a la eficiencia volumétrica de la bomba (Ev), la cual es
calculada como la relación de gastos.
Ev = (q/PD)(100) (3.5)
plg/bls 9702
min/día 1440
minuto
embolada N embolada
plg Sp plg Ap PD 2
4
dp Ap
2
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Despejando q se obtiene:
q = (Ev)(PD)/100 (3.6)
La eficiencia volumétrica es un factor muy importante a considerar en la
solución de los problemas, desafortunadamente se conoce hasta que se define el
gasto de producción deseado.
La liberación de gas es un factor muy significativo en la estimación de la
eficiencia volumétrica, ya que por ejemplo: en pozos con alta relación gas -líquido
se tienen eficiencias muy bajas, del 25% al 50%, en aquellos donde existe una
buena separación del gas de formación se tendrán eficiencias del 50% al 70%, en
pozos con una buena separación y buena sumergencia de la bomba las eficiencias
serán del orden del 70% al 80% y para pozos sin gas pero con un alto nivel de
fluido las eficiencias volumétricas pueden aproximarse al 100%.
Generalmente, la eficiencia volumétrica de la bomba es estimada mediante
la experiencia local.
Para la selección del tamaño óptimo del émbolo a un gasto de producción
deseado y una cierta profundidad, es importante considerar que se deben obtener
altas eficiencias y prevenir cargas innecesarias en la sarta de varillas y el equipo
superficial.
Para realizar una selección preliminar del tamaño del émbolo, cuando la
carrera de la varilla pulida es menor de 74 plg. se puede usar las tablas 10, 11, 12,
13, 14 y 15, que aparecen en el anexo A.
3.2 EJEMPLOS PARA LA SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA
1. Calcular la constante de bombeo para un diámetro de émbolo de 2” si:
K = 0.1484 Ap
Valores:
= 3.1416
dp = 2”
4
p d 0.1484 K 2
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K = 0.466 BPD/plg/spm
Otra forma de resolver este problema, es mediante la tabla 1 del anexo A,
donde, de acuerdo con el diámetro del émbolo se obtiene el área cor respondiente a
éste, y el valor de la constante, de tal forma que para diámetro del émbolo de 2”Ø
se tiene que:
K = 0.466 BPD/plg/spm
2. Calcular la constante para un émbolo de 1 ¾”Ø.
Valores:
dp = 1.75” = 1 ¾”
= 3.1416
K= 0.357 BPD/plg/spm
3. Calcular la constante para un émbolo de 1 ½” Ø.
Valores:
dp = 1 ½” Ø= 1.5”Ø
= 3.1416
4
22π
0.1484K
4
p d 0.1484 K 2
4
1.75 0.1484 K
2
4
p d 0.1484 K 2
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K = 0.262 BPD/plg/spm
4. Calcular la constante para un émbolo de 2 ¼” Ø.
Valores:
dp = 2.250” =2 ¼”
= 3.1416
K= 0.590 BPD/plg/spm
5. El pozo Poza Rica 101 en el Activo de Producción Poza Rica tiene instalada
una bomba cuyo émbolo es de 1 ½” Ø, una Unidad de Bombeo Mecánico operando
con una velocidad de bombeo de 11 spm y una carrera efectiva del émbolo de 108
plg; produce en superficie 240 BPD de un fluido cuya densidad es de 0.850.
Calcular el desplazamiento teórico de la bomba (PD) y su eficiencia volumétrica
(EV).
De la tabla 1 anexo A, se tiene que para émbolo de 1 ½”Ø
K= 0.262 BPD/plg/spm,
Valores:
K = 0.262 BPD/plg/spm,
Sp = 108 plg
N = 11 spm
dp = 1 ½”Ø
q = 240 BPD
4
1.5 0.1484 K
2
4
p d 0.1484 K 2
4
2.25 0.1484 K
2
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Entonces:
PD= (K) (Sp) (N)
PD= (0.262) (108) (11)
PD= 311.25 BPD/día
La eficiencia volumétrica (EV) es:
EV= (q/PD) (100)
EV= (240/311) (100)
EV= 77.17 %
6. Un pozo equipado con una bomba cuyo émbolo es de 1 ½” Ø, con velocidad de
bombeo de 20 spm y una carrera efectiva del émbolo de 55 plg produce en la
superficie 210 BPD de un fluido cuya densidad relativa es igual a 0.85. Calcular el
desplazamiento teórico de la bomba (PD) y su eficiencia volumétrica (EV).
Valores:
dp = 1 ½”Ø
N = 20 spm
Sp = 55 plg
q = 210 BPD
De la tabla 1 anexo A, para émbolo de 1 ½”Ø , K = 0.262 BPD/plg/spm.
El desplazamiento teórico de la bomba es:
PD = (K) (Sp) (N)
PD = (0.262) (55) (20)
PD = 288.2 BPD
La eficiencia volumétrica es:
EV = (q/ PD) (100)
EV = (210/288.2) (100)
EV = 72.86 %
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7. Si el desplazamiento teórico de la bomba es de 250 BPD y la eficiencia
volumétrica es del 75%. Calcular el gasto de producción en la superficie.
Valores:
PD = 250 BPD
EV = 75 %
q = (PD) (EV/100)
q = (250) (75/100)
q = 187.5 BPD en la superficie
8. Una bomba será instalada en un pozo cuyo nivel dinámico está a 4000 pies y se
desea que produzca 400 BPD de fluido en la superficie, carrera en la varilla pulida
mayor a 74 plg. La experiencia local indica que la eficiencia de la bomba es del
80%.
¿Qué tamaño de bomba recomendaría para este pozo?
Para una selección preliminar, se utiliza la tabla 2 del anexo A, en la cual se
recomienda un tamaño de bomba de 2”Ø ó 2¼”Ø.
3.3 DISEÑO DE LA SARTA DE VARILLAS
Como las varillas no sólo sostienen su propio peso sino también el peso del
fluido, la carga en la sarta de varillas se incrementa progresivamente desde el
fondo del pozo hacia la superficie, por lo que a mayores profundidades de bombeo
(más de 3500 pies), es más usual instalar una sarta de varillas telescopiadas.
Estas sartas consisten en varillas de dos o más diámetros y diferente
longitud, con los tamaños más grandes hacia la superficie donde las cargas sobre la
sarta son mayores, el uso de sartas telescopiadas da como resultado una
disminución de cargas y costos. Así como para prever una distribución más
uniforme de los esfuerzos en las varillas.
Existen dos métodos para diseñar una sarta de varillas telescopiadas, éstos
son:
1. Esfuerzo máximo.- Consiste en asignar a cada sección de la sarta un esfuerzo
máximo, si se pasa de este valor máximo, se selecciona una varilla de mayor
diámetro.
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2. Esfuerzos iguales.- Es el método más usado, y consiste en diseñar la sarta de
varillas de tal manera que los esfuerzos sean iguales en la parte superior de
cada sección. La tabla 3 del anexo A, presenta los valores y porcentajes de las
varillas que pueden utilizarse según el tamaño de la bomba, estos porcentajes
pueden calcularse también con las ecuaciones que resultan de aplicar este
método, estas ecuaciones han sido obtenidas y se presentan en la Tabla 4 del
Anexo A.
Una vez definido el porcentaje de cada sección de varilla, se calcula la longitu d
de cada una de ellas considerando que:
Li = Ri LT
También considérese que:
Li = LT i = 1, 2, 3, ... n,
La carga máxima (Wmáx) y mínima (Wmín) que se espera durante el ciclo de
bombeo en la sarta de varillas deben ser determinadas correctamente para poder
seleccionar el equipo superficial adecuado que pueda manejar estas cargas.
La cuantificación de las cargas en la varilla pulida serán más o menos
reales, dependiendo de los datos con los que se disponga. Para el cálculo de estas
cargas, se han propuesto diferentes expresiones, en este trabajo se enuncian las que
son más confiables y que pueden utilizarse en un amplio rango de velocidades de
bombeo.
3.4 FACTORES QUE CONTRIBUYEN A FORMAR LA CARGA TOTAL DE
LA VARILLA PULIDA.
Dentro del ciclo de bombeo se presentan cinco factores que contribuyen a
formar la carga total de la varilla pulida, estos factores son:
1. El peso muerto de la sarta de varillas.
2. La carga por aceleración de la sarta de varillas.
3. La fuerza de flotación de las varillas.
4. La carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida.
5. La carga por fricción.
1) El peso muerto de la sarta de varillas (Wr), y está dado por:
Wr = mi Li i = 1, 2, 3, ..., n
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Ejemplo de Aplicación
1. En un pozo del Área Presidente Alemán en el Activo de Producción Poza Rica
será colocada una bomba con un émbolo de 1 ¼” a una profundidad de 8500
pies, usando una sarta de varillas telescopiadas compuesta por una sección de
1”Ø, 7/8”Ø y ¾”Ø, y cada varilla de succión mide 25 pies de longitud.
Consultando las tablas 3 y 5 del anexo A, determinar lo siguiente:
a) El número de varilla y el porcentaje proporcionado a cada sección de
varillas.
b) La longitud de cada sección de varillas.
c) El número de varilla equivalente a cada sección.
d) El peso estático de cada sección de varillas.
e) El peso estático del total de la sarta de varillas.
a) De acuerdo a la tabla 3 del anexo A corresponde el No. de varilla 86.
1ª R1 = 1” Ø = 24.3 %
2ª R2 = 7/8” Ø = 24.5 %
3ª R3 = ¾” Ø = 51.2 %
R1, R2, R3, es el porcentaje fraccional de cada sección de varillas
respectivamente.
b) Longitud de cada sección.
Li = Ri LT
L1 = (8500) (0.243) = 2065.5 pies
L2 = (8500) (0.245) = 2082.5 pies
L3 = (8500) (0.512) = 4352 pies
c) Número de varillas por sección. Observación: todas las varillas miden 25 pies
de longitud.
L1 = 2065.2 25 = 83 varillas
L2 = 2082.5 25 = 83 varillas
L3 = 4352 25 = 174 varillas
d) El peso unitario de cada sección de varillas (m i) de acuerdo a la tabla 5 del
anexo A se tiene que:
La varilla de 1ӯ = 2.88 lbs-pie
La varilla de 7/8ӯ = 2.16 lbs-pie
La varilla de ¾”Ø = 1.63 lbs-pie
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70500
SN2
Entonces:
Wri = (Li)(mi)
Wr1 = (2065.5) (2.88) = 5948.64 (lbs)
Wr2 = (2082.5) (2.16) = 4498.2 (lbs)
Wr3 = (4352) (1.63) = 7093.76 (lbs)
e) Peso total de la sarta de varillas(W r) es:
Wr = Wr1 + Wr2 + Wr3
Wr = 5948.64 + 4498.2 + 7093.76 = 17540.6 lbs.
También se puede calcular el peso total de la sarta de varillas mediante los
datos tomados de la tabla 3 del anexo A, donde se considera un promedio de peso
por unidad del total de la sarta de varillas.
2. De la tabla 3 del anexo A, a una sarta de varillas telescopiadas de 8500 pies, el
diámetro de una bomba de 1 ¾” , corresponde el número de varilla 86 y de la
misma tabla, el peso promedio de las varillas (mr) es de 2.185 lbs -pie. Calcular
el peso de la sarta de varillas.
Valores:
LT = 8500 pies
dp = 1 ¾”Ø
mr = 2.185 lbs-pie
Wr = (LT)(mr)
Wr = (8500)(2.185)
Wr = 18572.5 lbs
2) La carga por aceleración de la sarta de varillas
Las cargas máximas y mínimas por aceleración están dadas por (Wr ) y –(Wr ),
respectivamente.
El factor de aceleración es calculado mediante la ecuación de Mills:
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Ejemplos de aplicación
1. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una carrera de 144 plg y una velocidad de
bombeo de 12 spm. Calcular el factor de aceleración.
Valores:
S = 144 plg
N = 12 spm
2. La Unidad de Bombeo Mecánico del pozo Poza Rica 101, tiene una carrera de 168 plg
y una velocidad de bombeo de 11 spm. Calcular el factor de aceleración.
Valores:
S = 168 plg
N = 11 spm
3. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una velocidad de bombeo de 12 spm y
carrera de 120 plg. Calcular el factor de aceleración.
Valores:
S = 120 plg
N = 12 spm
70500
SN 2
70500
12 144 2
0.2941
70500
SN 2
70500
11 168 2
.2883 0
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100
3) Fuerza de flotación de las varillas
Considerando que la densidad de las varillas es de 490 lbs/pie3, el volumen de
la sarta de varillas y consecuentemente el volumen del fluido desplazado (V d) por
la sarta es:
Vd = Wr/490 lbs/plg3 (3.7)
La densidad del fluido desplazado en función de la densidad relativa es:
62.4 G lbs/pie
La fuerza de flotación de las varillas (F f), es decir, el peso del fluido
desplazado es entonces:
Ff = - (Wr/490) (62.4 G)
Ff = - 0.127 Wr G (3.8)
El signo negativo de la ecuación anterior indica que la fuerza de flotación es
siempre ascendente.
Ejemplos de Aplicación
1. Calcular la fuerza de flotación de las varillas o peso del fluido desplazado, a un pozo
con un peso total de sarta de varillas de 10300 lbs, con un fluido cuya densidad relativa es
de 0.870.
Valores:
Wr = 10300 lbs
G = 0.870
Ff= (-0.127)(Wr)(G)
Ff= (-0.127)(10300)(0.870)
Ff= -1138 lbs
70500
SN 2
70500
12 120 2
0.2451
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2. Un pozo del Activo de producción Poza Rica, tiene una sarta telescopoiada con
un peso de 14820 lbs y un fluido con densidad relativa de 0.820. Calcular el peso
del fluido desplazado o fuerza de flotación de las varillas.
Valores:
Wr = 14820 lbs
G = 0.820
Ff = (-0.127) (Wr)(G)
Ff = (-0.127)(14820) (0.820)
Ff = -1543 lbs
3. Calcular la fuerza de flotación de las varillas, a un pozo con sarta telescopiada que tiene
un peso de 11350 lbs, y un fluido cuya densidad relativa es de 0.835.
Valores:
Wr = 11350 lbs
G = 0.835
Ff = (-0.127) (Wr) (G)
Ff = (-0.127) (11350) (0.835)
Ff = -1203 lbs.
4) Carga del fluido que se ejerce sobre la varil la pulida
La carga del fluido para determinar las cargas en la varilla pulida, será el peso
del fluido que es soportado por el área neta del émbolo. De acuerdo a esto, el
volumen de la columna de fluido (Vc), teniendo como base el área del émbolo
y la longitud total de la sarta de varillas será:
Vc = LT Ap/144 pie3 (3.9)
El volumen del fluido (Vf) va a ser la diferencia entre el volumen de la
columna de fluido sobre el émbolo, menos el volumen desplazado por la sarta (V d),
es decir:
Vf = (LT Ap/144) – (Wr/490) (3.10)
Entonces la carga del fluido (W f) será:
Wf = 62.4 G [(LT Ap/144) – (Wr/490)
Wf = 0.433 G (LT Ap – 0.294 Wr) (3.11)
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102
La carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, es únicamente durant e
la carrera ascendente.
Ejemplos de aplicación
1. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo del Activo de
Producción Poza Rica, que tiene una sarta con una longitud de 4985 pies y un peso de
8125.5 lbs, el pozo tiene una tubería de producción de 2 7/8”Ø en el cual opera una
bomba de 1 ¾”Ø y un fluido con densidad relativa de 0.870.
De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 1 3/4”Ø le corresponde un área de la sección
transversal de la bomba de 2.405 plg2.
Valores:
LT = 4985 pies
Wr = 8125.5 lbs
dtp = 2 7/8ӯ
dP = 1 ¾”Ø
AP = 2.405 plg2
G = 0.870
Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)
Wf = (0.433) (0.870) [(4985) (2.405) – (0.294) (8125.5)
Wf = 3616.42 lbs.
2. El pozo Tajin 346 tiene una bomba con diámetro del émbolo de 2”Ø, operada por una
sarta de varillas telescopiadas con un peso de 6479.25 lbs y una longitud de 3975 pies,
el fluido del pozo tiene una densidad relativa de 0.820, el diámetro de la tubería de
producción es de 2 7/8”Ø. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla
pulida.
De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 2”Ø le corresponde un área de la sección
transversal de la bomba de 3.142 plg2.
Valores:
LT = 3975 pies
Wr = 6479.25 lbs
dtp = 2 7/8ӯ
dP = 2ӯ
AP = 3.142 plg2
G = 0.820
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103
Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)
Wf = 0.433 (0.820) [(3975) (3.142) –(0.294) (6479.25)
Wf = 3758.15 lbs.
3. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo del Activo de
Producción Poza Rica que tiene un fluido con densidad relativa de 0.835. El pozo tiene
bomba con émbolo de 1 ½”Ø, la sarta de varillas tiene un peso de 7132.88 lb y una
longitud de 4376 pie.
De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 1 ½”Ø le corresponde un área de la sección
transversal de la bomba de 1.767 plg2.
Valores:
LT = 4376 pies
Wr = 7132.88 lbs
dP = 1 ½”Ø
AP = 1.767 plg2
G = 0.835
Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)
Wf = (0.433) (0.835) [(4376) (1.767) – (0.294) (7132.88)
Wf = 2037.48 lbs.
5) Carga por fricción
La carga por fricción (F fric) en las Unidades de Bombeo Mecánico que ya
están en operación se puede estimar en carta dinamométrica. Dado que no se tiene
un dato exacto sobre ella, por lo que generalmente se elimina.
Para elevar una carga dada, la varilla pulida ejerce una fuerza ascendente
mayor que el peso muerto de las varillas y el fluido juntos, esta fuerza es conocida
como carga máxima de la varilla pulida y está compuesta de dos partes (1) el peso
muerto de las varillas y del fluido, (2) un componente adicional de fuerza. Esta
fuerza adicional es el llamado factor de aceleración ( ), el cual es expresado como
una fricción o porcentaje del peso muerto de las varillas y del fluido.
La carga máxima se tiene cuando se inicia la carrera ascendente, que es
cuando la carga de las varillas más el fluido se comienzan a levantar con una
aceleración máxima.
La carga mínima se tiene cuando se inicia la carrera descendente; ya que en
esta zona únicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el f actor de
aceleración.
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104
Las ecuaciones de Mills para determinar la carga máxima y mínima de la
varilla pulida son las siguientes:
Para la unidad convencional (Clase I)
Wmáx = Wf + Wr (1 + ) – Ff + Ffric
(3.12)
Wmín = Wr (1- ) – Ff – Fric (3.13)
Sólo para propósitos de derivación en el desarrollo de la ecuación del efecto
de contrabalanceo ideal, las fuerzas de flotación y de fricción son consideradas,
pero comúnmente son desechadas. En el cálculo de la carga máxima y en el cálculo
de la carga mínima se elimina la fuerza de fricción, entonces:
Wmáx = Wf + Wr (1 + ) (lbs) (3.14)
Wmín = Wr (1 - - 0.127 G ) (lbs) (3.15)
Para unidad aerobalanceada (Clase III)
Wmáx = Wf+Wr(1+0.7 ) (lbs) (3.16)
El 0.7 es porque esta unidad utiliza únicamente el 70% de la aceleración para
revertir la carrera de la varilla pulida comparada con la unidad convencional.
Wmín =Wr(1-1.3 -0.127 G) (lbs) (3.17)
Para unidad Mark II (Clase III)
Wmáx = Wf + Wr (1+0.6 ) (lbs) (3.18)
Wmín = Wr (1-1.4 - 0.127 G) (lbs) (3.19)
Ejemplo de Aplicación para el Cálculo de Carga Máxima (Wmáx ) y Mínima (Wmín) en
la Varilla Pulida
Calcular la carga máxima y mínima que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo
que tiene un fluido con densidad relativa de 0.870, el peso de la sarta de varillas es de
8125.5 lbs, y el peso del fluido es de 3616.42 lbs y un factor de aceleración de 0.2941.
Valores:
Wf = 3616.42 lbs
Wr = 8125.5 lbs
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
105
= 0.2941
G = 0.870
Unidad Convencional (Clase I)
Wmáx = Wf+Wr (1+ )
Wmín = Wr (1- -0.127 G)
Wmáx = Wf+Wr (1+ )
Wmáx = 3616.42+8125.5 (1+0.2941)
Wmáx = 14131.62 lbs
Wmín = Wr [1- -0.127)(G)]
Wmín = 8125.5 [1-0.2941-(0.127)(0.870)]
Wmín = 4838 lbs
Wmín = 4838 lbs Unidad aerobalanceada (Clase III)
Wmáx = Wf+Wr [1+(0.7)( )]
Wmáx = 3616.42+8125.5 [1+(0.7)(.2941)] Wmáx = 13414.71 lbs
Wmín = Wr (1-1.3 -0.127 G)
Wmín = 8125.5[1-(1.3)(0.2941)-(0.127)(0.87)]
Wmín = 4121.09 lbs
Unidad Mark II (Clase III)
Wmáx = Wf + Wr (1+0.6 )
Wmáx = 3616.42+8125.5 [1+(0.6)(0.2941)]
Wmáx = 13175.74 lbs
Wmín = Wr [1-1.4 -0.127G]
Wmín = 8125.5 [1-(1.4)(.2941)-(0.127)(0.870)]
Wmín = 3882.12 lbs
Levantar una carga máxima con alta aceleración ocasiona una mayor carga
estructural, lo que a su vez produce una mayor tensión en las varillas. Es por esta
razón que se debe verificar que la tensión máxima prevista, no sea mayor que la
tensión máxima de trabajo permisible.
La tensión máxima en la parte superior de toda la sarta de varillas (de un
solo diámetro o telescopiadas), va a ser calculada dividiendo la carga máxima de la
varilla pulida entre el área de la sección transversal de la varilla superior.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
106
(3.20)
Ejemplo de Aplicación de la Tensión Máxima en la parte Superior de la Sarta
de Varillas
Un pozo tiene una carga máxima en la varilla pulida de 13175.74 lbs, y tiene una
sarta de varillas de un solo diámetro el cual es de ¾” . Calcular la tensión máxima
en la parte superior de la sarta de varillas. El pozo opera con una Unidad de
Bombeo Mecánico Mark II.
Valores:
Consultando la tabla 5 del anexo A, para la varilla de ¾” corresponde un área de
0.442 plg2.
Wmáx = 13175.74 lbs.
A top =0.442 plg2
S máx = 29809.36 lbs/plg2
El criterio de comparar la tensión máxima a la que estará sometida la sarta
de varillas diseñada, es tan importante que si ésta es mayor que la tensión de
trabajo permisible (usualmente es de 30000 lbs/plg2), la sarta de varillas tendrá
que ser rediseñada.
La tensión a la cual ocurren fallas en la varilla es el llamado límite
proporcional del material, este límite no es un criterio para establecer la tensión
máxima de trabajo permisible para las varillas, ya que se tienen ciertas fallas por
fatiga, las cuales generalmente ocurren a tensiones por debajo del límite
proporcional. Entonces se considera el endurecimiento límite como la tensión
máxima que puede aplicarse a un miembro. El límite de endurecimiento para las
varillas depende de: (1) los componentes presentes en el acero, (2) los agent es
corrosivos presentes en el fluido y (3) el rango de tensión al que están sujetas las
varillas. La tabla 18 del apéndice A, resume los grados de acero más usados, dando
su composición y su límite de endurecimiento.
top A
máx W
máx S
top A
máx W
máx S
lbs/plg2
36 . 29809 442 . 0
74 . 13175 S máx
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
107
Ejemplo del Diseño de la Sarta de Varillas
Una bomba con émbolo de 2”Ø será colocada a 8500 pies usando una sarta
de varillas telescopiadas compuesta por una sección de ¾”, 7/8” y 1” . Cada
varilla de succión es de 25 pies de longitud. Determinar la longitud de cada
sección de la sarta de varillas para que se logre cubrir la profundidad de colocación
de la bomba. De acuerdo con la tabla 3 del apéndice A, se tiene que la varilla que
maneja la combinación de ¾”, 7/8” y 1”, es la No. 86 y además, para un émbolo de
2Ø”, se tiene que:
R1 = 33.9% varilla de ¾”
R2 = 33.2% varilla de 7/8”
R3 = 32.8% varilla de 1”
Entonces:
L1 = (8500) (0.339) = 2881.5 pies.
L2 = (8500) (0.332) = 2822 pies.
L3 = (8500) (0.328) = 2788 pies.
Pero considerando que la longitud de cada varilla es 25 pies, en tonces la
longitud de cada sección será de:
L1 = 2875 pies.
L2 = 2825 pies.
L3 = 2800 pies.
Ejemplo de aplicación para diseñar una sarta de varillas telescopiadas.
En un pozo del campo petrolero Papantla, será instalada una bomba de inserción
con un émbolo de 1 ¾”Ø, utilizando una sarta de varillas telescopiada consistente
en varillas de ¾”, 7/8” y 1” de diámetro, considerando que todas las varillas miden
25 pies de longitud. Determinar la longitud de cada sección de la sarta de varillas.
Ri = Li/LT ; Li = (Ri)(LT) i = 1, 2, 3…..,n
De acuerdo a la tabla 4 del anexo A, se tiene que las relaciones de longitud que corresponden a estas sartas de varillas combinadas, son:
R1 = 0.664-0.0894 Ap
R2 = 0.181+0.0478 Ap
R3 = 0.155+0.0416 Ap
Para este diámetro de émbolo, de acuerdo a la tabla 1 del anexo A, el valor
de Ap es igual a 2.405 plg2.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
108
Entonces:
Li = (Ri)(LT) i = 1, 2, 3…..,n
Valores:
R1 = 0.664-0.0894 Ap
R2 = 0.181+0.0478 Ap
R3 = 0.155+0.0416 Ap
LT = 8500 pies
Ap = 2.405 plg2
Li = (Ri)(LT)
L1 = [0.664-(0.0894)(2.405)] (8500) = 3816.44 pies
L2 = [0.181+(0.0478)(2.405)] (8500) = 2515.65 pies
L3 = [0.155+(0.0416)(2.405)] (8500) = 2167.90 pies
Las longitudes se requieren en múltiplos de 25 pies, ya que todas las varillas de
succión miden 25 pies, entonces:
L1 = 3800 pies
L2 = 2525 pies
L3 = 2175 pies
3.5 CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO
El volumen de aceite manejado durante cada carrera del émbolo no depende
de la longitud de carrera de la varilla, si no de un movimiento relativo del émbolo
en el barril de trabajo. Este movimiento es conocido como carrera efectiva del
émbolo y difiere significativamente de la carrera de la varilla pulida. Esta
diferencia se debe a las elongaciones en la varilla (e r) y en la tubería (et), así como
también a la sobrecarga del émbolo (ep) como resultado de la aceleración.
La carrera efectiva del émbolo, es la carrera de la varilla pulida disminuida por los
efectos de elongación en las varillas y la tubería, debido a la carga del fluido e
incrementada por el efecto de la sobrecarga del émbolo como resultado de la aceleración.
Por lo tanto la carrera efectiva del émbolo es:
Sp = S + ep – (et + er) (3.21)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
109
Donde todos los términos involucrados en la ecuación anterior deberán estar
expresados en pulgadas.
ELONGACIONES DE LA TUBERÍA (et) Y LA VARILLA (er)
Dado que las válvulas viajera y de pie, abren y cierran durante el ciclo de bombeo, la carga del fluido es transferida alternativamente de la tubería a la sarta de varillas, lo que ocasiona deformaciones elásticas periódicas. Durante la carrera descendente, cuando la válvula de pie está cerrada y la válvula viajera está abierta, la carga del fluido está sobre la tubería, lo que provoca una cierta elongación en este miembro, en cambio, al inicio de la carrera ascendente, cuando la válvula viajera está cerrada y la válvula de pie está abierta, se origina una elongación en las varillas.
La restauración de la longitud original de la tubería ocasiona que el barril de
trabajo se mueva hacia arriba y la elongación de las varillas provoca que el émbolo
se mueva hacia abajo. Sin embargo, la carrera efectiva del émbolo disminuye en
una cantidad igual a la suma de las elongaciones.
Para una deformación elástica, se tiene una relación constante entre la
tensión aplicada al cuerpo de la varilla y el esfuerzo interno de la misma; esta
relación es el llamado “módulo de elasticidad” (E), el cual depende del tipo de
material manejado.
Si la tensión es una fuerza (F) aplicada sobre una unidad de área (A), entonces:
Tensión = F/A (lbs/plg2) (3.22)
El esfuerzo interno es un cambio fraccional en la longitud.
(3.23)
Si la tensión es una fuerza (F) aplicada sobre una unidad de área (A), entonces:
Tensión = F/A (lbs/plg2) (3.24)
interno Esfuerzo
Tensión E
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
110
El esfuerzo interno es un cambio fraccional en la longitud.
(3.25)
Sustituyendo las ecuaciones (3.24) y (3.25) en la ecuación (3.23):
(3.26)
Entonces, la elongación del elemento de análisis será:
(3.27)
Donde la fuerza (F), debido a la carga del fluido, resulta de la presión
diferencial ( p) que se tenga a través del émbolo y que actúa sobre el área total del
émbolo (Ap).
F = p Ap (3.28)
Si se considera que la bomba se coloca a la profundidad del nivel dinámico
(D), la presión diferencial será la presión de una columna de fluido de densidad
relativa (G) a una profundidad LT.
p = 0.433 G LT (3.29)
Para un caso más general, la presión debajo del émbolo debido a la columna
de fluido en la tubería de revestimiento, será mayor de L-D, entonces:
p = 0.433 G LT– 0.433 G (LT-D)
p = 0.433 GD (3.30)
Sustituyendo la ecuación anterior en la ecuación (3.28):
F = 0.433 G D Ap (3.31)
LT 12
e interno Esfuerzo
A e
LT F 12
LT e/12
F/A E
A E
LT F 12 e
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
111
Sustituyendo la ecuación (3.31) en la ecuación (3.27):
(3.32)
Entonces, de acuerdo con la ecuación anterior, la elongación de la varilla será:
(3.33)
La elongación de la tubería será:
(3.34)
En el caso de una sarta de varillas telescopiadas la ecuación (3.33) aplicará
a cada sección, de tal forma que la elongación de las varillas será:
(3.35)
Estos valores de elongación también pueden calcularse con las siguientes fórmulas:
er = Er Wf LT (3.36)
et = Et Wf LT (3.37)
SOBRECARRERA DEL ÉMBOLO
Además de las elongaciones de la tubería y las varillas se debe considerar la
elongación originada por el peso de las varillas flotando en el fluido, debido a la
aceleración de las mismas en cada carrera del émbolo, esta elongación es llamada
sobrecarrera del émbolo.
En una sarta, el peso de la varilla va aumentando gradualmente desde cero
en el fondo hasta Wr en la parte superior. En promedio, el peso de la sarta que
origina la elongación es de W r/2 y en términos de longitud será de LT/2. De tal
A E
LT Ap D 5.20G e
A E
12 (0.433 GD Ap) LT e
5.20 GD Ap LT
E At et
5.20 GD Ap LT
E Ar e r
5.20 GD Ap
E e
L1
Ar1
L2
Ar2
Ln
Arn …
.. + + +
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
112
forma que la elongación de las varillas como resultado de su propio peso, al final
de la carrera descendente (ed) y de acuerdo con la ecuación (3.6) será:
(3.38)
Recordando que, en la carrera descendente se tiene la máxima carga por
aceleración (+Wr ) y que cerca del tope de la carrera ascendente, justo cuando
las varillas comienzan a bajar, se tiene la mínima carga por aceleración (-Wr ),
entonces la elongación de las varillas al final de la carrera ascendente (e u) será:
(3.39)
La elongación neta, resultante de la aceleración o de la sobrecarga del émbolo se
obtiene sustituyendo las ecuaciones (3.28) y (3.29), entonces:
:
(3.40)
Y el peso de la sarta es:
Wr = pr LT Ar/144 (3.41)
Donde pr es la densidad del acero de las varillas de succión, y es
aproximadamente 490 lbs/pie3.
Sustituyendo la ecuación (3.41) en la ecuación (3.40); se obtiene la ecuación
(3.42):
(3.42)
Finalmente, se tiene la ecuación planteada por Marsh-Coberly, basada en la
ecuación (3.21), en la cual, sustituyendo las ecuaciones (3.33), (3.34) y (3.42) se
tiene que para sarta de varillas de un solo diámetro:
(3.43)
Ar d
E e
12 (Wr + Wr LT/2
E Ar
eu 12 (Wr + Wr LT/2
Ar E
LT Wr 12 e e e
u d p
E
LT 40.8
144
LT A 490
Ar E
12 e
2 r
p
LT
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E
1
At
1
Ar + Sp = S +
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
113
Y para la sarta de varillas de varios diámetros (telescopiada):
(3.44)
Ejemplo de Aplicación
1. En un pozo del campo petrolero Tajín se instalará una bomba de inserción con
un émbolo de 1 ¾” en el interior de una tubería de producción de 2 7/8” a
una profundidad de 3500 pies, se considera que el nivel de fluido en la tubería
de revestimiento está a la profundidad de colocación de la bomba con un gasto
o producción en la superficie de 150 BPD de un fluido con una densidad
relativa de 0.825, la Unidad de Bombeo Mecánico deberá operar con una
carrera en la varilla pulida de 100 plg, a una velocidad de bombeo de 11 spm y
la sarta de varillas será de un solo diámetro de ¾” . Calcular la carrera
efectiva del pistón (Sp) considerando la tubería de producción desanclada y
anclada.
Datos:
dp = 1 ¾”
dtp = 2 7/8”
LT = 3500 pies
dr = ¾”
N = 11 spm
S = 100 plg
q = 150 BPD
G = 0.825
D = 3500 pies
Cálculo con la Tubería de Producción desanclada.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que para una varilla de ¾” , el área
que le corresponde es de:
Ar = 0.442 plg2
Consultando la tabla 7 del anexo A, se tiene que para una tubería de 2 7/8” , el
área que le corresponde es de:
At = 1.812 plg2
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E Sp = S +
LT
At
L1
Ar1 +
L2
Ar2
L3
Ar3 + +
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
114
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que para un émbolo de 1 ¾” , el área
que le corresponde es de:
Ap = 2.405 plg2
Cálculo del factor de aceleración .
= 0.1716
Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp).
Valores:
S = 100 plg
LT = 3500 pies
= 0.1716
G = 0.825
D = 3500 pies
Ap = 2.405 plg2
E = 30 x 106
lbs/plg2
At = 1.812 plg2
Ar = 0.442 plg2
Sp = 100 + 2.8588 – (4.2129) (2.8143)
Sp = 102.8588 – 11.8564
Sp = 91 plg
70500
SN 2
70500 (100) (11)
2
(40.8)(3500)2(0.1716)
30 X 106
Sp = 100 + (5.20) (0.825)(3500)(2.405)(3500)
30 X 106
1 +
1.812
1
0.442
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E
1
At
1
Ar + Sp = S +
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
115
Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp) con la tubería de producción
anclada, donde los términos que involucran a A t se eliminan, ya que al estar la
tubería de producción anclada, ésta no tiene elongaciones provocadas por el
movimiento, entonces el valor es At = O
Sp = 100 + 2.8588 – (4.2129) (2.2624)
Sp = 102.8588 – 9.5314
Sp = 93.32 Plg
Ejemplo de Aplicación de la carrera efectiva del pistón con una sarta de
varillas telescopiada y la tubería de producción desanclada.
2. En un pozo petrolero del campo Papantla, tiene instalado un émbolo de 1
¼”Ø,el cual es operado por una sarta de varillas telescopiadas de 1”Ø,7/8”Ø y
¾”Ø dentro de una tubería de producción de 2 7/8”Ø, con una longitud de 8500
pies; el nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma
profundidad de colocación de la bomba. La Unidad de Bombeo Mecánico opera
con una carrera en superficie de 144 plg con un factor de aceleración de
0.2883; y el fluido del pozo tiene una densidad relativa de 0.820. calcular la
carrera efectiva del pistón.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que para una varilla de 1ӯ,7/8ӯ y
¾” , el área que le corresponde es respectivamente de:
Ar1 = 0.785 plg2
Ar2 = 0.601 plg2
Ar3 = 0.442 plg2
Consultando la tabla 7 del anexo A, se tiene que para una tubería de 2 7/8” , el
área que le corresponde es de:
At = 1.812 plg2
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que para un émbolo de 1 ¼” , el área
que le corresponde es de:
Ap = 1.227 plg2
f) De acuerdo a la tabla 3 del anexo A corresponde el No. de varilla 86.
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E
1
Ar Sp = S +
(40.8)(3500)2(0.1716)
30 X 106
Sp = 100 + (5.20) (0.825)(3500)(2.405)(3500)
30 X 106
1
0.442
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
116
1ª R1 = 1” Ø = 24.3 %
2ª R2 = 7/8” Ø = 24.5 %
3ª R3 = ¾” Ø = 51.2 %
R1, R2, R3, es el porcentaje fraccional de cada sección de varillas
respectivamente.
g) Longitud de cada sección.
Li = Ri LT
L1 = (8500) (0.243) = 2065.5 pies
L2 = (8500) (0.245) = 2082.5 pies
L3 = (8500) (0.512) = 4352 pies
Valores:
S = 144 plg
LT = 8500 pies
= 0.1716
G = 0.820
D = 8500 pies
Ap = 1.227 plg2
E = 30 x 106
lbs/plg2
At = 1.812 plg2
Ar1 = 0.785 plg2
Ar2 = 0.601 plg2
Ar3 = 0.442 plg2
L1 = 2065.5 pies
L2 = 2082.5 pies
L3 = 4352 pies
1.- Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp).
Sp = 172.32 - 0.001482379 20633.37
Sp = 172.32 - 30.58
Sp = 141.74 plg
Ejemplo de aplicación considerando la tubería de producción anclada eliminando
de la fórmula los términos que involucren a A t.
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E Sp = S +
LT
At
L1
Ar1 +
L2
Ar2
L3
Ar3 + +
(40.8)(8500)2(0.2883)
30 X 106Sp = 100 +
(5.20) (0.820)(8500)(1.227)
30 X 106
8500+
1.812
2065.5
0.785
2082.5
0.601+ +
4352
0.442Sp = 144
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
117
Sp = 172.32-0.001482379 15955.88
Sp = 172.32-23.65
Sp = 148.67 plg.
Para el caso de tubería anclada, no se tienen elongaciones en ella y por lo
tanto, en las ecuaciones anteriores, se desprecian los términos que involucran a At.
3.6 POTENCIA DE ARRANQUE NECESARIA
En el movimiento del fluido en la bomba, se consideran dos potencias, la
potencia hidráulica (Hh), que es una expresión muy útil para calcular el consumo
de energía y la potencia por fricción (Hf).
Para la potencia hidráulica, se tiene que si un gasto en barriles por día de un
fluido con densidad relativa (G), se bombea desde una profundidad (LT) en pies, la
potencia involucrada será:
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT (hp) (3.45)
Esta ecuación considera que la bomba está colocada a la profundidad del
nivel dinámico y que el efecto de presión en la tubería es despreciado. Una
expresión más general, sería:
Hh = 7.36 x 10-6
q G LN (hp) (3.46)
Donde, el nivel neto (LN), es una diferencia de presión expresada en
longitud de columna hidráulica, la cual originará que el fluido viaje desde la
bomba hasta la superficie. Se tienen dos niveles diferentes, uno debido a los
efectos de presión en la tubería de revestimiento (representa una fuerza que tiende
a levantar el fluido) y otro a los efectos de presión en la tubería de producción.
(representa una fuerza contra la cual la bomba debe trabajar). En términos de
longitud, el efecto de presión en la tubería de revestimiento es la diferencia entre
40.8 LT2
E
5.20 G D Ap LT
E Sp = S +
L1
Ar1
L2
Ar2
L3
Ar3 + +
pie/min/hp lbs 33000 x min/día 1440
pie L x bls/blsG 350 x bls/día qH T
h
(5.20) (0.820)(8500)(1.227)
30 X 106
(40.8)(8500)2 (0.2883)
30 X 106
S p = 144
+
+ 2065.5
0.785
2082.5
0.601 +
4352
0.442 +
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
118
la profundidad de colocación de la bomba y la profundidad del nivel dinámico, es
decir, LT - D. El efecto de presión en la tubería de producción P tp, se obtiene como
un nivel equivalente a ésta y es:
(3.47)
Entonces, el nivel neto de acuerdo a las presiones manejadas, considera la
presión a la profundidad de colocación de la bomba, menos la presión en la tubería
de revestimiento, más la presión equivalente en la tubería de producción.
LN = D + 2.31 (P tp/G) (3.48)
Ejemplo de Aplicación para calcular el Nivel Neto (LN)
El nivel dinámico es igual al resultado de la resta de la profundidad de
colocación de la bomba menos la distancia en la que se encuentra sumergida ésta
en el fluido (sumergencia de la bomba).
Calcular el nivel neto a un pozo con una profundidad de colocación de la bomba de
5320 pies la cual se encuentra sumergida 325 pies, el fluido del pozo tiene una densidad
relativa de 0.870 y la presión en la tubería de producción es de 70 lbs/plg2.
Valores:
Profundidad de colocación de la bomba = 5320 pies
Distancia a la que se encuentra sumergida la bomba = 325 pies
D = 5320 – 32 = 4995 pies
Ptp = 70 lbs/plg2
G = 0.870
LN = D + 2.31 (P tp/G)
LN = 4995+2.31 (70/0.870)
LN = 5180.86 pies
pie0.433G
P
lbs/pieG 62.4
/pieplg 144 lbs/plgP
pt
3
222
tp
G 0.433
PDLLL
tp
TTN
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
119
Un pozo del área Papantla en el Activo de Producción Poza Rica, tiene una
bomba colocada a 8500 pies y se encuentra sumergida 400 pies, la presión en la
tubería de producción es de 90 lbs/plg2 y la densidad relativa del fluido del pozo
es de 0.825. calcular el nivel neto.
Valores:
Profundidad de colocación de la bomba = 8500 pies
Distancia a la que se encuentra sumergida la bomba = 400 pies
D = 8500 – 400 = 8100 pies
Ptp = 90 lbs/plg2
G = 0.825
LN = D + 2.31 (P tp/G)
LN = 8100 + 2.31 (90/0.825)
LN = 8352 pies
Calcular el nivel neto a un pozo con una profundidad de colocación de la bomba de
6100 pies la cual se encuentra sumergida 950 pies, el fluido del pozo tiene una densidad
relativa de 0.850 y la presión en la tubería de producción es de 110 lbs/plg2.
Valores:
Profundidad de colocación de la bomba = 6100 pies
Distancia a la que se encuentra sumergida la bomba = 950 pies
D = 6100 – 950 = 5150 pies
Ptp = 110 lbs/plg2
G = 0.850
LN = D + 2.31 (P tp/G)
LN = 5150 + 2.31 (110/0.850)
LN = 5448.95 pies
Para la potencia por fricción se consideran las pérdidas de energía por la
fricción entre la bomba y la varilla pulida.
Empíricamente se ha encontrado que las pérdidas de energía por fricción en
cada carrera pueden ser calculadas a partir de:
1/8 Wr x 2 S = 0.25 Wr S (lbs-plg)
Si se considera una velocidad de bombeo de N (spm), la potencia por fricción, es:
pie/min/hplbs 33000 x plg/pie 12
plg/minlbs N S r
W0.25
fH
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120
Entonces:
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N (hp) (3.49)
Ejemplo de Aplicación de Potencia por Fricción (H f)
1. Un pozo del área Poza Rica, tiene una Unidad de Bombeo Mecánico operando con una
carrera de 144 plg y una velocidad de bombeo de 13 spm. El peso total de la sarta de
varillas es de 14000 lbs. Calcular la potencia por fricción con la cual opera la Unidad de
Bombeo Mecánico.
Valores:
Wr = 14000 lbs
S = 144 plg
N = 13 spm
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(14000)(144)(13)
Hf = 16.53 hp
2. Un pozo del área Presidente Alemán del Activo de Producción Poza Rica, tiene una
Unidad de Bombeo mecánico operando con una velocidad de bombeo de 13 spm y una
carrera de 128 plg que opera una sarta de varillas con un peso de 11320 lbs. Calcular la
potencia por fricción con la que opera la Unidad de Bombeo Mecánico.
Valores:
Wr = 11320 lbs
S = 128 plg
N = 13 spm
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(11320)(128)(13)
Hf = 11.88 hp
3. Calcular la potencia por fricción con la que opera una Unidad de Bombeo Mecánico
que tiene una carrera de 144 plg y una velocidad de bombeo de 13 spm. El peso de la
sarta de varillas es de 8365 lbs
Valores:
Wr = 8365 lbs
S = 144 plg
N = 13 spm
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
121
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(8365)(144)(13)
Hf = 9.88 hp
Finalmente, se tiene que la potencia total de la varilla pulida es la suma de
la potencia hidráulica más la de fricción, sin embargo, la potencia total de arranque
para el motor primario involucra la potencia total de la varilla pulida y un factor de
seguridad que logre absorber las pérdidas de potencia sin equipo superficial
adicional. Se considera como bueno un factor de seguridad de 1.5, de tal forma que
la potencia de arranque necesaria para el motor (Hb) será:
Hb = 1.5 (Hh + Hf) (3.50)
Ejemplo de Aplicación de Potencia de Arranque del Motor (h b)
1. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una potencia hidráulica de 10.56 hp y una
potencia por fricción de 16.53 hp. Calcular la potencia de arranque necesaria del motor.
Valores:
Hh = 10.56 hp
Hf = 16.53 hp
Hb = 1.5 (Hh+Hf)
Hb = 1.5 (10.56+16.53)
Hb = 40.63 hp
El fabricante recomienda un margen de maniobra o tolerancia del 25 % en la
potencia especificada por él, debido al ciclo de carga. Entonces:
(40.63) (1.25)= 50.7 hp
El resultado de este cálculo, es la potencia necesaria que debe tener el motor principal para
poner en operación la Unidad de Bombeo Mecánico.
2. Calcular la potencia necesaria de arranque del motor que opera una Unidad de Bombeo
Mecánico con una potencia hidráulica de 12.52 y una potencia por fricción de 11.88 hp.
Valores:
Hh = 12.52 hp
Hf = 11.88 hp
Hb = 1.5 (Hh+Hf)
Hb = 1.5 (12.52+11.88)
Hb = 36.6 hp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
122
El fabricante recomienda un margen de maniobra o tolerancia del 20 % en la
potencia especificada por él, debido al ciclo de carga. Entonces:
(36.6) (1.20)= 43.92 hp
El resultado de este cálculo, es la potencia necesaria que debe tener el motor principal para
poner en operación la Unidad de Bombeo Mecánico.
3. La potencia hidráulica en una Unidad de Bombeo Mecánico es de 11.16 hp y la
potencia por fricción es de 9.88 hp. Calcular la potencia necesaria de arranque del
motor
Valores:
Hh = 11.16 hp
Hf = 9.88 hp
Hb = 1.5 (Hh+Hf)
Hb = 1.5 (11.16+9.88)
Hb = 31.56 hp
El fabricante recomienda un margen de maniobra o tolerancia del 27 % en la
potencia especificada por él, debido al ciclo de carga. Entonces:
(31.56) (1.27)= 40 hp
El resultado de este cálculo, es la potencia necesaria que debe tener el motor principal para
poner en operación la Unidad de Bombeo Mecánico.
Ejemplo de Aplicación de Potencia Hidráulica (Hh)
1. Un pozo del área Poza Rica con sistema artificial de explotación de bombeo mecánico,
produce en superficie 310 BPD de un fluido con densidad relativa de 0.870. el nivel
neto se encuentra a 5320 pies. Calcular la potencia hidráulica.
Valores:
q = 310 BPD
G = 0.870
LN = 5320 pies
Hh = 7.36x10-6
(q)(G)(LN)
Hh = (7.36 x 10-6
)(310)(0.870)(5320)
Hh = 10.56 hp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
123
2. Calcular la potencia hidráulica, a un pozo que tiene su nivel neto a 4855 pies, de un
fluido con densidad relativa de 0.825 y que tiene una producción en superficie de 425
BPD.
Valores:
q = 425 BPD
G = 0.825
LN = 4855pies
Hh = 7.36x10-6
(q)(G)(LN)
Hh = 7.36 x 10-6
(425)(0.825)(4855)
Hh = 12.52 hp
3. El nivel neto de un pozo con Unidad de Bombeo Mecánico es de 8500 pies, el fluido
del pozo tiene una densidad relativa de 0.850, el pozo tiene una producción en
superficie de 210 BPD. Calcular la potencia hidráulica.
Valores:
q = 210 BPD
G = 0.850
LN = 8500 pies
Hh = 7.36x10-6
(q)(G)(LN)
Hh = 7.36 x 10-6
(210)(0.850)(8500)
Hh = 11.16 hp
Ejemplo de Cálculo
Un pozo con bombeo mecánico tiene una bomba cuyo émbolo es de 1 ¾”
instalada a 4560 pies con una sarta de varillas de succión de ¾” . Si la tubería
está anclada y se tiene una velocidad de bombeo de 20.5 spm, una carrera de
varilla pulida de 64 plg y una producción de 355 BPD de fluido cuya densidad
relativa es de 0.870, considerando que la profundidad de colocación de la bomba
esta a la profundidad del nivel dinámico, y que la presión en la tubería de
revestimiento es despreciada.
a) Calcule la mínima potencia relacionándola con la especificada por el
fabricante, para que se pueda utilizar este motor, si el fabricante recomienda
una tolerancia o margen de maniobra del 25% en la potencia especificada por
él, debido a la carga del ciclo.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III
124
Consultando la tabla 5 del anexo A, se observa que la varilla de ¾” tiene un peso
unitario de 1.63 lbs/pie. Entonces:
Wri = (LT) (mi)
Wr1 = (4560) (1.63)
Wr1 = 7432.8 lbs
La potencia hidráulica será:
Hh = (7.36 x 10-6
)(q)(G)(LN)
Hh = (7.36 x 10-6
)( 355)( 0.870)(4560)
Hh = 10.36 hp
Para una velocidad de bombeo de 20.5 spm, la potencia por fricción, es:
Hf = (6.31 x 10-7
)(Wr )(S)(N)
Hf = (6.31 x 10-7
)(7432.8)(64)(20.5)
Hf = 6.15 hp
Entonces, la potencia de arranque requerida por el motor primario será de:
Hb = 1.5 (Hh + Hf)
Hb = 1.5 (10.36 + 6.15)
Hb = 24.76 hp
Para que se tenga esta potencia, de acuerdo con la tolerancia que se
recomienda, el total debe ser de:
(24.76) (1.25)= 30.95 hp
El resultado de este cálculo, es la potencia necesaria que debe tener el motor principal para
poner en operación la Unidad de Bombeo Mecánico.
b) Determine cuál es el nivel de fluido para este pozo, si la presión en la tubería
de producción es de 50 lbs/plg2 manométrica., y la distancia que se encuentra
sumergida la bomba es de 250 pies.
Considere que la tubería de revestimiento está a la presión atmosférica.
D = (Profundidad de colocación de la bomba) – (distancia que se encuentra
sumergida la bomba en el fluido)
D = 4560 pies – 250 pies.
D = 4310 pies.
El nivel de fluido neto (LN) está dado por:
.
LN = D + 2.31 (P tp/G)
LN = 4310 + 2.31 (50/0.870)
LN = 4443 pies.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
125
4.0 MÉTODOS EMPLEADOS EN LA SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO
MECÁNICO.
En el diseño de instalaciones de bombeo mecánico, existen diferentes
procedimientos, a continuación se presentan dos que son los que más se utilizan en
el Activo de Producción Poza Rica, cada uno con el desarrollo de los factores
principales involucrados en el diseño de la unidad de bombeo mecánico.
Los procedimientos son:
I.- Método Craft Holden.
II.- Método API-RP-11L.
4.1 MÉTODO CRAFT-HOLDEN
La información que debe conocerse para determinar las cargas y
desplazamientos de la bomba en el diseño de una instalación de bombeo mecánico
son:
1. Nivel de fluido (elevación neta).
2. Profundidad de colocación de la bomba.
3. Velocidad de bombeo.
4. Longitud de la carrera superficial.
5. Diámetro del émbolo.
6. Densidad relativa del fluido.
7. Diámetro nominal de la tubería de
producción y si está anclada o desanclada.
8. Tamaño y diseño de las varillas de succión.
9. Geometría de la unidad.
Con esta información se pueden calcular los siguientes parámetros:
1. Carrera del émbolo.
2. Desplazamiento de la bomba.
3. Carga máxima en la varilla pulida.
4. Carga mínima en la varilla pulida.
5. Torsión máxima en la manivela.
(Cuando también se conoce el factor de
torsión de la unidad)
6. Potencia en la varilla pulida.
7. Contrapeso requerido.
La selección para el problema de diseño se logra a través del ensayo y error.
Generalmente se requieren 3 pasos en el diseño de una instalación, los cuales son:
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
126
1. Se efectúa una selección preliminar de los componentes de la instalación.
2. Las características de operación de la selección preliminar se calculan
utilizando las fórmulas básicas, tablas y figuras presentadas más adelante.
3. El desplazamiento y cargas de la bomba se compararon con los volúmenes,
rangos de carga, esfuerzos y otras limitaciones de la selección preliminar.
Puede ser necesario hacer otras selecciones y cálculos para no exceder las
limitaciones de varios componentes de la instalación en su arreglo. Frecuentemente
es necesario efectuar más de una selección de equipo antes de obtener la selección
óptima.
A continuación se presenta el análisis y desarrollo de los principales
factores involucrados en el diseño de una unidad de bombeo mecánico. Así como
también las tablas y figuras necesarias.
ANÁLISIS TEÓRICO DEL MOVIMIENTO DE VARILLAS DE SUCCIÓN
Factor de aceleración.
El factor de aceleración por el que se debe multiplicar el peso muerto de las
varillas para obtener la máxima carga de aceleración se expresa de la siguiente
forma:
(4.1)
Considerando un movimiento armónico de las varillas, una partícula del
cuerpo se proyecta alrededor de un círculo de referencia cuyo diámetro es la
longitud de la carrera de la varilla pulida; el tiempo para una revolución de la
partícula alrededor del círculo es igual al tiempo de un ciclo completo de bombeo.
El factor de aceleración máxima al inicio de la carrera ascendente o descendente,
se expresa en función de la velocidad de la partícula (Vp) de la siguiente forma:
(4.2)
Considerando que Vp está dada por el desplazamiento angular por unidad de
tiempo, se tiene la siguiente expresión para Vp:
(4.3)
Si N es el número de revoluciones por unidad de tiempo, entonces:
(4.4)
g
a
g cr
2pV
α
Tcr π 2
pV
T
1N
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
127
Sustituyendo la ecuación (4.4) en la (4.3), se obtiene la siguiente ecuación:
Vp= 2 rc N (4.5)
Sustituyendo (4.5) en (4.2) se obtiene la siguiente expresión para el factor de
aceleración; dado por la ecuación (4.6).
(4.6)
Para un pozo que está en producción, N es la velocidad de bombeo, y r c es el
radio del círculo, lo cual se relaciona con la carrera de la varilla pulida, como se
indica a continuación:
(4.7)
Entonces la ecuación (4.6) se expresa como:
(4.8)
La longitud de la carrera de la varilla pulida es obtenida normalmente en
pulgadas y la velocidad de bombeo en emboladas por minuto, por lo tanto:
(4.9)
g cr
2N 2
cr 2π 4
g cr
2p
V
g
2N S 2π 2
g
2Ncr24π
α
2
Src
70500
2SN
2seg 3600
21minx
Pg 12
pie 1x
2pie/seg
2Plg/min
32.2
2SN 2π 2
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
128
Carrera efectiva del émbolo
Para una deformación elástica, esto es, una relación constante entre la
tensión aplicada a un cuerpo y la fatiga resultante.
E = Módulo de elasticidad = Esfuerzo/Deformación
El esfuerzo es una fuerza aplicada por unidad de área.
(4.10)
La deformación es un cambio pequeño en la longitud que expresado en función de
la longitud total se llama deformación unitaria, entonces:
(4.11)
Comúnmente la fuerza (F) es expresada en libras y el área de sección
transversal de un cuerpo bajo tensión en pulgadas cuadradas. La elongación (e) y
la longitud original L del cuerpo (sarta de varillas), son expresadas en pulgadas y
pies respectivamente, por lo tanto, la ecuación (4.11) se escribe:
(4.12)
Sustituyendo las ecuaciones (4.10) y (4.12) en la definición del módulo de elasticidad, se
obtiene la siguiente expresión:
(4.13)
La elongación del cuerpo se calcula por medio de la siguiente ecuación:
(4.14)
La fuerza debido a la carga del fluido es la presión diferencial a través del
émbolo (con la bomba a una profundidad LT), actuando sobre el área total del
émbolo Ap. Esta fuerza se calcula por medio de la siguiente ecuación:
F = p x Ap (4.15)
A
FEsfuerzo
TL 12
enDeformació
TL
enDeformació
A E
L F 12e T
A e
L F 12
e/12L
F/AE T
T
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
129
Si se supone que la bomba está colocada al nivel dinámico del fluido en el
pozo, la presión diferencial será la presión de una columna de fluido de densidad
relativa (G) a una profundidad (LT), y se calcula mediante la siguiente expresión:
p = 0.433 G LT (4.16)
Cuando el nivel dinámico del fluido está a la profundidad D, se debe
considerar la presión bajo el émbolo, debido a la columna en la tubería de
revestimiento resultante:
p = 0.433 G LT – 0.433 G (LT - D)
p = 0.433 G D (4.17)
De las ecuaciones (4.14), (4.15) y (4.17) se obtiene una nueva expresión
para calcular la elongación del cuerpo (e) de la siguiente manera:
(4.18)
La ecuación general de elongación de cualquier cuerpo de área transversal,
específicamente para la tubería de producción es la siguiente:
(4.19)
La ecuación general de elongación de la sarta de varillas es la siguiente:
(4.20)
En el caso de sartas de varillas de varios diámetros (telescopiadas), se aplica
la ecuación (4.20) para cada diámetro o sección de varillas. La elongación total es:
(4.21)
A E
L A DG 5.20e
Tp
t
Tp
tA E
L A DG 5.20e
r
Tp
rA E
L A DG 5.20e
r3
3
r2
2
r1
1p
A
L
A
L
A
L
E
A DG 5.20e
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
130
Además de la elongación causada por la carga de fluido, resulta una
elongación adicional por la carga de las varillas dada por su propio peso y por la
carga de aceleración. La elongación de las varillas en promedio está dada por su
peso (Wr/2) considerando la masa total de las varillas concentrada en LT/2 y la
elongación resultante de esta carga, al final de la carrera descendente será:
(4.22)
La elongación final de la carrera ascendente o al inicio de la carrera descendente,
está dada por la siguiente ecuación:
(4.23)
La elongación neta resultante del sobreviaje del émbolo es:
ep= ed - eu
(4.24)
El peso de la sarta de varillas se calcula de la siguiente forma:
(4.25)
El valor de la densidad relativa de las varillas ( r) equivale a 490 lbs/plg3
,sustituyendo el valor de la densidad de las varillas en la ecuación (4.25) y después
en (4.24) se obtiene la siguiente expresión:
(4.26)
rA E
/2L rWrW 12
de T
rA E
2L r
Wr
W 12
ue
T
rA E
2L r
Wr
W 12 T
rA E
/2L rWrW 12
pe T
rA E
L α r
W12
pe
T
144rA Lr
rW T
E
L40.8
144
A L 490
A E
L12e
2
TrT
r
Tp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
131
Algunos autores prefieren el uso de:
ep = 32.8 LT2 /E = Elongación del émbolo en su carrera efectiva. (4.27)
La diferencia entre la ecuación (3.26) y (3.27) (aproximadamente 25%)
tiene poco efecto en el cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
La carrera efectiva del émbolo, como se ha visto, es la carrera de la varilla
pulida disminuida por los efectos de alargamiento de las varillas y de la tubería de
producción resultante de la carga de fluido e incrementada por el sobreviaje del
émbolo; entonces, la carrera efectiva del émbolo es:
Sp= S + ep – (et + er) (4.28)
Sustituyendo las ecuaciones (4.19), (4.21) y (4.26) en la ecuación (4.28), se
obtiene la carrera efectiva del émbolo para una sarta telescopiada, la cual queda de
la siguiente forma:
(4.29)
En caso de que la sarta sea de un sólo diámetro, la carrera efectiva del émbolo se expresa
con la siguiente expresión:
(4.30)
En caso que la tubería de producción se encuentre anclada, no existe
elongación en ella, por lo que las ecuaciones (4.29) y (4.30) se manejan
eliminando los términos que involucran A t.
Cálculo de las cargas en la varilla pulida
El Peso de una Sarta de Varillas de Diámetro Variable está Dada por:
Wr = m1 L1 + m2 L2 + m3 L3 + ...mn Ln (4.31)
Las cargas máxima y mínima de aceleración de las varillas, están dadas por:
Wr = Carga máxima de aceleración.
-Wr = Carga mínima de aceleración.
n
n
3
3
2
2
1
1Tp2
Tp
A
L...
A
L
A
L
A
L
At
L
E
A DG 5.20
E
L 40.8SS
rt
Tp2
Tp
A
1
A
1
E
LA DG 5.20
E
L 40.8SS
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
132
El volumen de la sarta de varillas y en consecuencia, el volumen de fluidos
desplazados (asumiendo que la densidad de las varillas es de 490 lbs/pie3) el
volumen queda de la siguiente forma:
(4.32)
La densidad del fluido desplazado es de 62.46 lbs/pie3 y entonces, la fuerza
de flotación está dada por:
(4.33)
El volumen de una columna que tiene como base el émbolo y como altura la
sarta de varillas es:
Volumen = LT Ap/144 (4.34)
El volumen de fluido se obtiene, de la diferencia entre los volúmenes de la
columna y de la sarta de varillas, dado por las ecuaciones (4.34) y (4.32).
Volumen de fluido = (LT Ap/144) – (Wr/490) (4.35)
Entonces, la carga del fluido se expresa de la siguiente manera:
Wf = 0.433 G [(LT Ap) – (0.294 Wr) (4.36)
La carga máxima sobre la varilla pulida que ocurre sobre la carrera
ascendente es:
Wmáx = Wf + Wr + Wr + F (4.37)
La carga mínima ocurre durante la carrera descendente, y está expresada
por:
Wmín = Wr – Wr - 0.127 Wr G – F (4.38)
490
W
Densidad
PesoVolumen r
G W0.127 62.46- 490
W flotación de Fuerza r
r
490
W
144
A LG 62.46
fW rpT
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
133
Como el término de fricción (F) no puede calcularse matemáticamente con
certidumbre, generalmente se elimina, resultando las ecuaciones (4.37) y (4.38) de
la siguiente forma:
Wmáx = Wf + Wr (1.0 + ) (4.39)
Wmín = Wr (1.0 - - 0.127 G) (4.40)
Diseño para la sarta de varillas de succión (tabla 5 del anexo A)
Con el concepto “los esfuerzos en la parte superior de cada sección son
iguales” y las siguientes suposiciones:
1. Condiciones estáticas (no se consideran cargas por aceleración).
2. La densidad relativa del fluido es 1.0
3. La carga de fluido actúa sobre el área total del émbolo.
4. La bomba está colocada a nivel del fluido.
Se tiene que:
Wf = 0.433 LT Ap
Considérese una sarta de 2 secciones de longitud total (LT= L1 + L2).
L1 pie; A1 plg2; m1 lbs/pie; R1 = L1/L.
L2 pie; A2, plg2; m2 lbs/pie; R2 = L2/L.
m1 = Peso unitario de 1ª sección de varillas (lbs/pie).
m2 = Peso unitario de 2ª sección de varillas (lbs/pie).
R1 = Porcentaje fraccional de la 1ª sección de varillas (%).
R2 = Porcentaje fraccional de la 2ª sección de varillas (%).
El esfuerzo en la parte superior de la sección inferior es:
(4.41)
Asimismo, el esfuerzo en la parte superior de la sección superior es:
(4.42)
1r
11TpT
r1
11pT
A
m R LA L 0.433
A
m LA L 0.433
r2
22T11Tp
r1
2211pT
A
m R Lm R LA 0.433
A
m LmLA L 0.433
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
134
Si los esfuerzos en la parte superior de cada sección son iguales:
(4.43)
Ar1 = Área de las varillas de la 1ª sección.
Ar2 = área de las varillas de la 2ª sección.
Para tamaños de émbolos y varillas seleccionadas, la longitud de cada
sección de varillas puede determinarse usando la ecuación (4.43), teniendo en
cuenta que:
R1 + R2 = 1.0 (4.44)
Para más de 2 secciones de varillas, la ecuación (4.44) varía sólo en su
grado de complejidad, en cuyo caso:
R1 + R2 + ... + Rn = 1.0 (4.45)
Desplazamiento de la Bomba y Ritmo de Producción
El desplazamiento teórico de la bomba está dado por:
* 9702 = Volumen en plg3 de un barril de petróleo.
PD = 0.1484 Ap Sp N BPD (4.46)
Para un émbolo de diámetro dado, el término 0.1484 Ap es independiente de
las condiciones superficiales de operación y es llamado: constante de la bomba (k).
PD = K Sp N; bls/día/plg/spm. (4.47)
La eficiencia volumétrica de la bomba, es la relación entre el fluido
realmente manejado y el desplazamiento de la bomba, está dada por la siguiente
ecuación:
(4.48)
Diseño del Contrabalanceo
El contrabalanceo ideal, (debería ser tal, que el motor principal acarrearía el
mismo promedio de cargas en las carreras ascendente y descendente:
2r
2211p
1r
11p
A
R mR mA 0.433
A
R mA 0.433
BPD 0.1484/blsplg 9702
min/día 1440
min.
Emboladas N
Embolada
Plg S Plg AP
3p2
pD
V
qEV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
135
Wmáx – Ci = Ci - Wmín (4.49)
El efecto de contrabalenceo ideal se expresa con la siguiente ecuación:
Ci = 0.5 (Wmáx + Wmín) (4.50)
Sustituyendo las ecuaciones (4.37) y (4.38) en (4.50), se tiene la siguiente
expresión:
Ci = 0.5 [(Wf + Wr + Wr + F) + (Wr - Wr - 0.127 Wr G – F)]
Ci =0.5 Wf + Wr (1-0.- 0.0635G) (4.51)
Cálculo de la Torsión
Generalmente una unidad puede estar contrabalanceada dentro del 10 al 5%
del valor ideal, suponiendo que el contrabalanceo es de 95% del ideal, la expresión
para predecir la torsión máxima es:
Tp = (Wmáx – 0.95 Ci) (S/2) (4.52)
Reducción de Velocidad del Motor Principal al Cigüeñal
La potencia es transmitida de la polea de la máquina, a la polea de la unidad
por medio de bandas, la velocidad de la banda puede expresarse en función de la
velocidad del motor y el diámetro de la polea de la máquina por la siguiente
expresión
Vb = de Ne (plg/min). (4.53)
La velocidad de la polea de la unidad se expresa por la siguiente relación:
(4.54)
Si la relación de engranes en el reductor de engranes es “Z”, la velocidad de
bombeo es:
(4.55)
u
eeu
d Z
d N/ZNN
uee
u
bu /dd N
d π
VN
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
136
Requerimientos de Potencia del Motor Principal
Las cargas de potencia que se consideran en el movimiento de fluido de la
bomba a la superficie:
1.- La potencia hidráulica
2.- Potencia de pérdidas de energía por fricción
1.- Potencia hidráulica
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT (Hp) (4.56)
En la ecuación (4.56) se supone que la bomba está al nivel de trabajo del fluido y desprecia el efecto
de presión de la tubería de producción en forma más general.
Hh = 7.36 x 10-6
q G Ln (4.57)
Deben considerarse los efectos de la presión de la columna en la tubería de
revestimiento y los de presión en la tubería de producción, por lo tanto
(4.58)
Entonces la elevación neta a través de la cual pasa el fluido desde la bomba
a la superficie se expresa con la siguiente ecuación:
Ln = LT – (LT – D) + (Pt/0.433 G) = D + (2.31 P t/G)
2.- Potencia de pérdidas de energía por fricción.
La potencia de pérdidas de energía por fricción es aquella que se manifiesta entre la
bomba y la varilla pulida.
Empíricamente, las pérdidas de energía por fricción pueden estimarse de la
siguiente forma:
/hpmin
pielbs 33000x
día
min1440
pie L x bls
lbsG 350 x
día
bls q
HT
h
pieG 0.433
P
pie
lbsG 62.4
pie
plg 144 x
plg
lbs
P t
3
2
2
2
t
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
137
(4.59)
Para una velocidad de bombeo de N spm, la potencia por fricción se expresa
mediante la siguiente ecuación:
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N (4.60)
La potencia total en la varilla pulida, debe ser la suma de las potencias
hidráulica y de fricción; la potencia al freno debe ser dicha suma de potencias y un
factor de seguridad de 1.5 especificado por el Instituto Americano del Petróleo,
para cubrir pérdidas de potencia impredecibles:
Hb = 1.5 (Hh + Hf) (4.61)
La liberación de gas es un factor muy significativo en la estimación de la
eficiencia volumétrica, ya que por ejemplo: en pozos con alta relación gas-líquido
se tienen eficiencias muy bajas como el 25% al 50%, en aquellos donde existe una
buena separación del gas de formación se tendrán eficiencias del 50% al 70%, en
pozos con una buena separación y buena sumergencia de la bomba las eficiencias
serán del orden del 70% al 80% y para pozos sin gas, pero con un alto nivel de
fluido, las eficiencias volumétricas pueden aproximarse al 100%. Generalmente, la
eficiencia volumétrica de la bomba es estimada mediante la experiencia local.
Para la selección del tamaño óptimo del émbolo a un gasto de producción
deseado y una cierta profundidad, es importante considerar que se deben obtener
altas eficiencias y prevenir cargas innecesarias en la sarta de varillas y el equipo
superficial.
Para realizar una selección preliminar del tamaño del émbolo, cuando la cerrera de
la varilla pulida es mayor a 74 plg, se puede utilizar la tabla 2 del anexo A.
lbs)(plg S W0.25S 2 x W8
1rr
(Hp) N S W10 x 6.31
/hpmin
lbspie 33000 x
pie
plg 12
min
lbs - plg N S W0.25
H r7
r
f
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
138
4.2 EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Ejemplo de aplicación 1
En un pozo del Campo Petrolero de Tajín, se instalará una bomba de
inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 4275 pies; en el interior
de una tubería de producción de 2” de diámetro, la producción o gasto en
superficie es de 283 BPD de un fluido con una densidad relativa de 0.825, donde el
nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad
de colocación de la bomba, efectuar los cálculos de selección para una Unidad de
Bombeo Mecánico. que deberá operar con una velocidad de 18 spm, una carrera en
la varilla pulida de 64 plg y deberá mover una sarta de varillas de un solo diámetro
correspondiente a ¾”.
Datos:
dp
dtp
LT
dr
N
S
q
G
=
=
=
=
=
=
=
=
1 ¾”.
2”.
4275 pies.
¾”.
18 spm.
64”.
283 bls/día.
0.825.
Como el nivel de fluido es bajo, se considera que la bomba está colocada al
nivel del fluido de trabajo, teniéndose entonces:
D = LT = 4275 pies.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la varilla de ¾” :
Ar = 0.442 plg2.
m = 1.63 lbs/pie.
Todas las varillas de succión miden 25 pies de longitud.
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que, para un émbolo de 1 ¾” :
Ap = 2.405 plg2
K = 357 bls/día/plg/spm
De la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor para el área de la sección transversal
de la pared de la tubería de producción.
At = 1.304 plg2.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
139
Cálculos para la tubería de producción desanclada.
1. Cálculo del Factor de Aceleración.
2. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Sp = 64 + 7.3098 – 6.2852(3.0293) = 64 + 7.3098 – 19.0398
Sp = 52.27 plg
3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (52.27) (18)
PD = 335.88 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.8425 x 100
Ev = 84.25 %
5. Cálculo del Peso de las Varillas de un solo Diámetro.
Wr = LT x mi
Wr = 4275 (1.63) = 6968.25 lbs.
0.294170500
18 642
70500
N S 2
rtp
Tp2
TP
A
1
A
1
E
L A DG 5.20
E
αL 40.8SS
0.442
1
1.304
1
30x10
42752.40542750.825 5.20
30x10
(0.294)4275 40.864S
66
2
p
100 x 335.88
283EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
140
6. Cálculo del Peso de Fluido.
Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]
Wf = (0.433)(0.825)[(4275) (2.405) – (0.294)(6968.25)]
Wf = (0.357225)(8232.7045)
Wf = 2940.92 lbs.
7. Cálculo del Efecto de Contrabalanceo Ideal.
Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]
Ci = (0.5)(2940.92)+(6968.25)[(1 –(0.0635)(0.825)]
Ci = 1470.46 + 6968.25 (1- 0.05238)
Ci = 1470.46 + 6968.25 (0.94761)
Ci = 1470.46 + 6603.18
Ci = 8073.64 lbs.
8. Cálculo de la Carga Máxima.
Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )
Wmáx = 2940.92+ (6968.25)(1.0 + 0.2941)
Wmáx = 2940.92 + 9017.6123
Wmáx = 11958.53 lbs.
9. Cálculo de la Potencia Hidráulica.
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT
Hh = 7.36 x 10-6
(283) (0.825) (4275)
Hh = 7.34 Hp
10. Cálculo de la Potencia por Fricción.
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(6968.25) (64) (18)
Hf = 5.065 Hp
11. Cálculo de la Potencia Total.
Hb = 1.5 (Hh + Hf)
Hb = 1.5 (7.34 + 5.06)
Hb = 18.6 Hp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
141
12. Cálculo de la Torsión Pico.
Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)
Tp = 11958.53 – (0.95)(8073.64)] (64/2)
Tp = [11958.53 –7669.95](32)
Tp = 137,234.56 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-160D-143-64
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
160 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
143 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
64 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada.
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que el área de la sección transversal de la
pared de la tubería de producción es A t = 0.0
1. Cálculo del Factor de Aceleración.
2. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
r
Tp2
Tp
A
1
E
L A DG 5.20
E
L 40.8SS
0.442
1
30x10
42752.40542750.8255.20
30x10
0.29414275 40.864S
66
2
p
0.294170500
18 642
70500
N S 2
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
142
Sp= 64 + 7.3098 – 6.2852 (2.2624)
Sp= 57 plg
3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (57) (18)
PD = 366.28 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.7726 x 100
Ev = 77.26 %
Como los valores de Sp, PD, y Ev no se ocupan en las otras formulas, no es
necesario hacer nuevamente los cálculos, por lo que los resultados desde el punto 4
en adelante son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
Por la tanto:
5. Wr = 6968.25 lbs
6. Wf = 2940.92 lbs
7. Ci = 8073.64 lbs
8. Wmáx = 11958.53 lbs
9. Hh = 7.34 Hp
10. Hf = 5.065 Hp
11. Hb = 18.6 Hp
12. Tp = 137,234.56 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encu entra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón, el
desplazamiento teórico de la bomba y le eficiencia volumétrica. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-160D-143-64
100 x 366.28
283EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
143
Ejemplo de Aplicación 2
En un pozo del Campo Petrolero de Papantla se instalará una bomba de
inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 8500 pies, en el interior
de una tubería de producción de 2 7/8” de diámetro, la producción o gasto en
superficie es de 350 BPD de un fluido con una densidad relativa de 0.870, donde el
nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad
de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de
Bombeo Mecánico que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en
la varilla pulida de 168 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiadas
compuesta por 3 secciones de 1”, 7/8” y ¾” de diámetro.
Datos:
dp = 1 ¾” = 1.75”
dtp = 2 7/8”
LT = 8500 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
N = 13 spm
S = 168 plg
q = 350 BPD.
G = 0.870
D = 8500 pies.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la sarta de varillas:
Ar1 = 1” = 0.785 plg2
Ar2 = 7/8” = 0.601 plg
2
Ar3 = ¾” = 0.442 plg2
m1 = 2.88 lbs/pie
m2 = 2.16 lbs/pie
m3 = 1.63 lbs/pie
Todas las varillas de succión miden 25 pies de longitud.
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que, para un émbolo de 1 ¾” :
Ap = 2.405 plg2
K = 357 bls/día/plg/spm
De la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor para el área de la sección transversal
de la pared de la tubería de producción.
At = 1.812 plg2.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
144
Cálculos para la tubería de producción desanclada.
1. Cálculo del factor de aceleración.
2. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 1 ¾” y
una sarta compuesta por varillas de 1” , 7/8” y ¾” , corresponde una varilla No. 86
con los siguientes porcentajes para cada sección:
R1 = 29.4 %
R2 = 30.0 %
R3 = 40.6 %
Entonces:
Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n
L1 = (29.4/100) x (8500) = 2499 pies de varilla de 1”
L2 = (30/100) x (8500) = 2550 pies de varilla de 7/8”
L3 = (40.6/100) x (8500) = 3451 pies de varilla de ¾”
Sp = (168 + 39.56) – (0.003082729) (19924.98)
Sp = 207.56 – 61.42
Sp = 146.14 plg
3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
70500
N S 2
0.402770500
13 (168)2
0.442
3451
0.601
2550
0.785
2499
1.812
8500
630x10
2.40585000.870 5.20
630x10
(0.4027)2
8500 40.8168Sp
3r
3
2r
2
1r
1
tp
Tp2
Tp
A
L
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
145
PD = 0.357 (146.14) (13)
PD = 678.23 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.5160 x 100
Ev = 51.6 %
5. Cálculo del Peso de la sarta de Varillas de 3 Diámetros.
Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3
Wr = (2499)(2.88) + (2550)(2.16) + (3451)(1.63)
Wr = 7197.12 + 5508 + 5625.13
Wr = 18,330.25 lbs.
6. Cálculo del Peso de Fluido.
Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]
Wf = (0.433)(0.870)[(8500) (2.405) – (0.294)(18330.25)]
Wf = (0.37671)(20442.5-5389.09)
Wf = 5670.76 lbs.
7. Cálculo del Efecto de Contrabalanceo Ideal.
Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]
Ci = (0.5)(5670.76) + (18330.25)[(1 –(0.0635)(0.870)]
Ci = 2835.38 + 18330.25 (1- 0.055245)
Ci = 2835.38 + 18330.25 (0.944755)
Ci = 2835.38 + 17317.6
Ci = 20,152.98 lbs.
8. Cálculo de la Carga Máxima.
Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )
100 x 678.23
350EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
146
Wmáx = 5670.76 + (18330.25)(1.0 + 0.4027)
Wmáx = 5670.76 + 25711.84
Wmáx = 31,382.6 lbs.
9. Cálculo de la Potencia Hidráulica.
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT
Hh = 7.36 x 10-6
(350) (0.870) (8500)
Hh = 19.04 Hp
10. Cálculo de la Potencia por Fricción.
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(18330.25) (168) (13)
Hf = 25.26 Hp
11. Cálculo de la Potencia Total.
Hb = 1.5 (Hh + Hf)
Hb = 1.5 (19.04 + 25.26)
Hb = 66.45 Hp
12. Cálculo de la Torsión Pico.
Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)
Tp = 31382.6 – (0.95)(20152.98)] (168/2)
Tp = [31382.6 – 19145.33](84)
Tp = 1’027,930.68 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-1280D-365-168
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
1280 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
365 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
168 = Longitud de la carrera en pulgadas.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
147
Cálculos para la tubería de producción anclada.
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que el área de la sección transversal de la
pared de la tubería de producción es A t = 0.0
3. Cálculo del Factor de Aceleración.
4. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Sp = (168 + 39.56) – (0.003082729) (15234.06)
Sp = 207.56 – 46.96
Sp = 160.6 plg
3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (160.6) (13)
PD = 745.34 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.4695 x 100
Ev = 46.95 %
0.402770500
13 1682
70500
N S 2
0.442
3451
0.601
2550
0.785
2499
630x10
2.40585000.870 5.20
630x10
(0.4027)2
8500 40.8168Sp
3r
3
2r
2
1r
1p2
Tp
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
100 x 745.34
350EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
148
Como los valores de Sp, PD, y Ev no se ocupan en las otras formulas, no es
necesario hacer nuevamente los cálculos, por lo que los resultados desde el punto 4
en adelante son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
Por la tanto:
5. Wr = 18330.25 lbs
6. Wf = 5670.76 lbs
7. Ci = 20152.98 lbs
8. Wmáx = 31382.6 lbs
9. Hh = 19.04 Hp
10. Hf = 25.26 Hp
11. Hb = 66.45 Hp
12. Tp = 1’027,930.68 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón, el
desplazamiento teórico de la bomba y le eficiencia volumétrica. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-1280D-3653-168
Ejemplo de Aplicación 3
En un pozo del Campo Petrolero de Poza Rica, se instalará una bomba de
inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 6232 pies; en el interior
de una tubería de producción de 2 7/8” de diámetro, la producción o gasto en
superficie es de 230 BPD de un fluido con una densidad relativa de 0.870, donde el
nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad
de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de
Bombeo Mecánico que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en
la varilla pulida de 100 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiadas
compuesta por 3 secciones de 1”, 7/8” y ¾” de diámetro.
Datos:
dp = 1 ¾” = 1.75”
dtp = 2 7/8”
LT = 6232 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
N = 13 spm
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
149
S = 100 plg
q = 230 BPD.
G = 0.870
D = 6232 pies.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la sarta de varillas:
Ar1 = 1” = 0.785 plg2
Ar2 = 7/8” = 0.601 plg
2
Ar3 = ¾” = 0.442 plg2
m1 = 2.88 lbs/pie
m2 = 2.16 lbs/pie
m3 = 1.63 lbs/pie
Todas las varillas de succión miden 25 pies de longitud.
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que, para un émbolo de 1 ¾” :
Ap = 2.405 plg2
K = 357 bls/día/plg/spm
De la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor para el área de la sección transversal
de la pared de la tubería de producción de 2 7/8” .
At = 1.812 plg2.
Cálculos para la tubería de producción desanclada.
4. Cálculo del factor de aceleración.
5. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 1 ¾” y
una sarta compuesta por varillas de 1” , 7/8” y ¾” , corresponde una varilla No. 86
con los siguientes porcentajes para cada sección:
70500
N S 2
0.239770500
13 (100)2
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
150
R1 = 29.4 %
R2 = 30.0 %
R3 = 40.6 %
Entonces:
Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n
L1 = (29.4/100) x (6232) = 1832.20 pies de varilla de 1”
L2 = (30/100) x (6232) = 1869.60 pies de varilla de 7/8”
L3 = (40.6/100) x (6232) = 2530.19 pies de varilla de ¾”
Sp = (100 + 12.66) – (0.002260184) (14608.52)
Sp = 112.66 – 33
Sp = 79.66 plg
6. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (79.66) (13)
PD = 369.70 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.622 x 100
Ev = 62.2 %
5. Cálculo del Peso de la sarta de Varillas de 3 Diámetros.
Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3
0.442
2530.19
0.601
1869.6
0.785
1832.2
1.812
6232
630x10
2.40562320.870 5.20
630x10
(0.2397)2
6232 40.8100Sp
3r
3
2r
2
1r
1
tp
Tp2
Tp
A
L
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
100 x 369.70
230EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
151
Wr = (1832.20)(2.88) + (1869.60)(2.16) + (2530.19)(1.63)
Wr = 5276.73 + 4038.33 + 4124.20
Wr = 13,439.26 lbs.
6. Cálculo del Peso de Fluido.
Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]
Wf = (0.433)(0.870)[(6232) (2.405) – (0.294)(13439.26)]
Wf = (0.37671)(14987.96 – 3951.14)
Wf = 4157.68 lbs.
7. Cálculo del Efecto de Contrabalanceo Ideal.
Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]
Ci = (0.5)(4157.68) + (13439.26)[(1 –(0.0635)(0.870)]
Ci = 2078.84 + 13439.26 (1- 0.055245)
Ci = 2078.84 + 13439.26 (0.94475)
Ci = 2078.84 + 12696.8
Ci = 14,775.64 lbs.
8. Cálculo de la Carga Máxima.
Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )
Wmáx = 4157.68 + (13439.26)(1.0 + 0.2397)
Wmáx = 4157.68 + 16660.65
Wmáx = 20,818.33 lbs.
9. Cálculo de la Potencia Hidráulica.
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT
Hh = 7.36 x 10-6
(230) (0.870) (6232)
Hh = 9.17 Hp
10. Cálculo de la Potencia por Fricción.
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(13439.26) (100) (13)
Hf = 11.02 Hp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
152
11. Cálculo de la Potencia Total.
Hb = 1.5 (Hh + Hf)
Hb = 1.5 (9.17 + 11.02)
Hb = 30.28 Hp
12. Cálculo de la Torsión Pico.
Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)
Tp = 20818.33 – (0.95)(14775.64)] (100/2)
Tp = [20818.33 – 14036.85](50)
Tp = 339,074 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-456D-256-100
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
456 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
256 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
100 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada.
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que el área de la sección transversal de la
pared de la tubería de producción es A t = 0.0
1. Cálculo del factor de aceleración.
70500
N S 2
0.239770500
13 (100)2
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
153
2. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Sp = (100 + 12.66) – (0.002260184) (11169.23)
Sp = 112.66 – 25.24
Sp = 87.42 plg
3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (87.42) (13)
PD = 405.71 bls/día.
4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.566 x 100
Ev = 56.6 %
Como los valores de Sp, PD, y Ev no se ocupan en las otras formulas, no es
necesario hacer nuevamente los cálculos, por lo que los resultados desde el punto 4
en adelante son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
Por la tanto:
5. Wr = 13439.26 lbs
6. Wf = 4157.68lbs
7. Ci = 14775.64 lbs
8. Wmáx = 20818.33 lbs
9. Hh = 9.17 Hp
10. Hf = 11.02 Hp
11. Hb = 30.28 Hp
12. Tp = 339,074 lbs-plg
0.442
2530.19
0.601
1869.60
0.785
1832.2
630x10
2.40562320.870 5.20
630x10
(0.2397)2
6232 40.8100Sp
3r
3
2r
2
1r
1p2
Tp
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
100 x 405.71
230EV
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
154
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón, el
desplazamiento teórico de la bomba y le eficiencia volumétrica. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-456D-256-100
Ejemplo de Aplicación 4
En un pozo del Campo Petrolero de Tajín se instalará una bomba de
inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 5100 pies en el interior
de una tubería de producción de 2 7/8” de diámetro, la producción o gasto en
superficie es de 180 BPD de un fluido con una densidad relativa de 0.825, donde el
nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad
de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de
Bombeo Mecánico que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en
la varilla pulida de 86 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiadas
compuesta por 3 secciones de 1”, 7/8” y ¾” de diámetro.
Datos:
dp = 1 ¾” = 1.75”
dtp = 2 7/8”
LT = 5100 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
N = 13 spm
S = 86 plg
q = 180 BPD.
G = 0.825
D = 5100 pies.
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la sarta de varillas:
Ar1 = 1” = 0.785 plg2
Ar2 = 7/8” = 0.601 plg
2
Ar3 = ¾” = 0.442 plg2
m1 = 2.88 lbs/pie
m2 = 2.16 lbs/pie
m3 = 1.63 lbs/pie
Todas las varillas de succión miden 25 pies de longitud.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
155
0.206170500
13 (86)2
Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que, para un émbolo de 1 ¾” :
Ap = 2.405 plg2
K = 357 bls/día/plg/spm
De la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor para el área de la sección transversal
de la pared de la tubería de producción de 2 7/8” .
At = 1.812 plg2.
Cálculos para la tubería de producción desanclada.
7. Cálculo del factor de aceleración.
8. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 1 ¾” y
una sarta compuesta por varillas de 1” , 7/8” y ¾” , corresponde una varilla No. 86
con los siguientes porcentajes para cada sección:
R1 = 29.4 %
R2 = 30.0 %
R3 = 40.6 %
Entonces:
Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n
L1 = (29.4/100) x (5100) = 1499.4 pies de varilla de 1”
L2 = (30/100) x (5100) = 1530 pies de varilla de 7/8”
L3 = (40.6/100) x (5100) = 2070.6 pies de varilla de ¾”
70500
N S 2
0.442
2070.6
0.601
1530
0.785
1499.4
1.812
5100
630x10
2.40551000.825 5.20
630x10
(0.2061)2
5100 40.886Sp
3r
3
2r
2
1r
1
tp
Tp2
Tp
A
L
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
156
100 x 335.68
180EV
Sp = (86 + 7.29) – (0.001753966) (11955)
Sp = 93.29 – 20.96
Sp = 72.33 plg
9. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (72.33) (13)
PD = 335.68 bls/día.
13. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.536 x 100
Ev = 53.6 %
14. Cálculo del Peso de la sarta de Varillas de 3 Diámetros.
Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3
Wr = (1499.4)(2.88) + (1530)(2.16) + (2070.6)(1.63)
Wr = 4318.27 + 3304.80 + 3375.07
Wr = 10,998.14 lbs.
15. Cálculo del Peso de Fluido.
Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]
Wf = (0.433)(0.825)[(5100) (2.405) – (0.294)(10998.14)]
Wf = (0.357225)(12265.5 – 3233.45)
Wf = 3226.47 lbs.
16. Cálculo del Efecto de Contrabalanceo Ideal.
Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]
Ci = (0.5)(3226.47) + (10998.14)[(1 –(0.0635)(0.825)]
Ci = 1613.23+ 10998.14 (1- 0.0523875)
Ci = 1613.23 + 10998.14 (0.9476125)
Ci = 1613.23 + 10421.97
Ci = 12035.2 lbs.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
157
17. Cálculo de la Carga Máxima.
Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )
Wmáx = 3226.47 + (10998.14)(1.0 + 0.2061)
Wmáx = 3226.47 + 13264.56
Wmáx = 16491.03 lbs.
18. Cálculo de la Potencia Hidráulica.
Hh = 7.36 x 10-6
q G LT
Hh = 7.36 x 10-6
(180) (0.825) (5100)
Hh = 5.57 Hp
19. Cálculo de la Potencia por Fricción.
Hf = 6.31 x 10-7
Wr S N
Hf = 6.31 x 10-7
(10998.14) (86) (13)
Hf = 7.75 Hp
20. Cálculo de la Potencia Total.
Hb = 1.5 (Hh + Hf)
Hb = 1.5 (5.57 + 7.75)
Hb = 20 Hp
21. Cálculo de la Torsión Pico.
Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)
Tp = 16491.03 – (0.95)(12035.2)] (86/2)
Tp = [16491.03 – 11433.44](43)
Tp = 217,476.37 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-228D-246-86
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
158
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
228 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
246 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
86 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada.
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que el área de la sección transversal de la
pared de la tubería de producción es A t = 0.0
3. Cálculo del factor de aceleración.
4. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.
Sp = (86 + 7.29) – (0. 001753966) (9140.43)
Sp = 93.29 – 16.03
Sp = 77.26 plg
5. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.
PD = K Sp N
PD = 0.357 (77.26) (13)
PD = 358.26 bls/día.
70500
N S 2
0.206170500
13 (86)2
0.442
2070.6
0.601
1530
0.785
1499.4
630x10
2.40551000.825 5.20
630x10
(0.2061)2
5100 40.886Sp
3r
3
2r
2
1r
1p2
Tp
A
L
A
L
A
L
E
ADG5.20
E
L40.8SS
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
159
100 x 358.56
180EV
6. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.
Ev = q/PD (100)
Ev = 0.502 x 100
Ev = 50.2 %
Como los valores de Sp, PD, y Ev no se ocupan en las otras formulas, no es
necesario hacer nuevamente los cálculos, por lo que los resultados desde el punto 4
en adelante son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
Por la tanto:
13. Wr = 10998.14 lbs
14. Wf = 3226.47 lbs
15. Ci = 12035.2 lbs
16. Wmáx = 16491.32 lbs
17. Hh = 5.57 Hp
18. Hf = 7.75 Hp
19. Hb = 20 Hp
20. Tp = 217,476.37 lbs-plg
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón, el
desplazamiento teórico de la bomba y le eficiencia volumétrica. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-228D-246-86
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
160
4.3 MÉTODO API-RP-11L
Para facilitar la comprensión de esta parte, a continuación se definirán las
variables que intervienen en las fórmulas, figuras y tablas del método de selección
de Unidades de Bombeo Mecánico API-RP-11L.
Sp Carrera del émbolo, plg.
PD Desplazamiento de la bomba, bls/día.
PPRL Carga máxima en la varilla pulida, lbs.
MPRL Carga mínima en la varilla pulida, lbs.
PT Torsión máxima, lbs/plg.
PRHP Potencia en la varilla pulida, hp.
CBE Contrapeso requerido, lbs.
Ap Área del émbolo plg2.
Ar Área de la varilla plg2.
H Nivel del fluido, pie.
LT Profundidad de la bomba, pie.
N Velocidad de bombeo, spm.
S Longitud de la varilla pulida, plg.
Dp Diámetro del émbolo de la bomba, plg2.
G Densidad relativa del fluido.
mr Peso por unidad de longitud de las varillas en el aire, lbs/pie.
Er Constante elástica de las varillas, plg/lbs.
Fc Factor de frecuencia útil en el diseño de varillas.
Et Constante elástica de la tubería de producción plg/lbspie.
Fo Carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo, lbs.
Kr Constante de resorte del total de la sarta de varillas.
1.0/Kr Constante elástica para el total de la sarta de varillas, plg/lbs.
Skr Libras de carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas una
cantidad igual a la carrera de la varilla pulida, (S).
No Frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo diámetro, spm.
No’ Frecuencia natural de la sarta de varillas combinada, spm.
Kt Constante de resorte de la tubería de producción no anclada.
1.0/kt Constante elástica para la TP no anclada, plg/lbs.
Wrf Peso total de las varillas en fluido, lbs.
Wr Peso total de las varillas en el aire; lbs.
F1 Factor de PPRL.
F2 Factor de MPRL.
T Torsión en la manivela, lbs/plg.
F3 Factor de PRHP.
Ta Factor de ajuste de torsión para valores de Wrf/Skr diferentes de 0.3.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
161
Para hacer más fácil la comprensión de las fórmulas utilizadas en el diseño,
a continuación se presenta una figura en la que se señalan los factores: F o, F1, F2,
Wrf y S.
SIGNIFICADO DE LOS PARÁMETROS ADIMENSIONALES: N/No, N/No , y
Fo/Skr
1) N/No = Relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo
diámetro.
2) N/No’ = Relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la
sarta de varillas combinadas.
El valor de la frecuencia natural de la sarta de varillas combinada,
generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo
rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/N o variará entre 0.0 y
0.6.
La frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas N/N o’ se define como:
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
162
(4.62)
(4.63)
El fabricante de las varillas recomienda una aceleración, pero en la práctica
se obtiene otra, la cual se mencionan a continuación:
Teóricamente a = 17000 pie/seg.
Prácticamente a = 16300 pie/seg = 978000 pie/min.
Por lo tanto:
(4.64)
3) Fo/SKr = Relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la
varilla pulida.
El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las
varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (F o/Kr)/S es el alargamiento de
varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.
Para sartas de un solo diámetro:
(4.65)
Para sartas de diámetro variable:
(4.66)
El término Fo/SKr da el alargamiento de las varillas causado por la aplicación
estática de la carga de fluido en porcentaje de la carrera de la varilla pulida.
Ejemplo:
(4.67)
T
co
L N
a F'N
c
T
o F 245000
L N
'N
N
aF
L N 4
N
N
c
T
o
T
rL
A EK
n
n
21
1
r A
L...
A
L
A
L
E
1
K
1 2
0.1SK
F
r
o
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
163
Significa que el alargamiento de varillas es el 10% de la carrera de la varilla
pulida. A velocidades muy bajas, el alargamiento adimensional de las varillas y la
velocidad de bombeo se relacionan de la forma siguiente:
(4.68)
Los cálculos de torsión se realizaron usando el cociente W rf/SKr, que es la
relación del peso total de las varillas en el fluido y las libras de carga necesarias
para alargar la sarta de varillas una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
En función de lo anterior se tiene que:
(4.69)
Si el valor es = 0.3, se debe hacer la corrección indicada en la figura 7 del
anexo B.
DEFINICIONES ADICIONALES DEL MÉTODO API
Carrera del émbolo:
Sp = (Sp/S) x S - Fo x 1/Kt (4.70)
Si la tubería de producción está anclada, el termino 1/kt = 0
El término (Sp/S) se obtiene de la figura 1 del anexo B.
Desplazamiento de la bomba:
PD = 0.1166 x Sp x N x D2 (4.71)
También se puede obtener mediante la fórmula siguiente:
PD = K Sp N (4.72)
El valor de K se obtiene de la tabla 1 del anexo A.
Máxima carga en la varilla pulida.
La máxima carga en la varilla pulida se calcula en dos formas:
1. Para quienes prefieren expresar la carga de fluido como función del área neta
del émbolo:
PPRL = 0.433 LT (Ap-Ar) + Wr + Wr (SN2/70500) (4.73)
r
op
SK
F 1.0
S
S
0.3SK
W
r
rf
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
164
2. Otra aproximación que da idénticos resultados, define la carga de fluido como
función del área total del émbolo, es decir, el área de la sección transversal de
las varillas y de la bomba de inserción:
PPRL = 0.433 LT (Ap) + Wrf + Wr (SN2/70500) (4.74)
O bien:
PPRL = Fo + Wrf + Wr (NS2/70500) (4.75)
Para unidades con geometría especial:
PPRL = Fo + Wrf + 0.6 Wr (SN2/70500) (4.76)
Para unidades balanceadas con aire.
PPRL = Fo + Wrf + 0.7 Wr (SN2/70,500) (4.77)
Obviamente el método Craft-Holden para la predicción de PPRL, toma en
cuenta la aceleración de la sarta de varillas, pero no así, los efectos armónicos de
la vibración de la sarta.
El método API para la predicción de PPRL ocupa la ecuación:
PPRL = Wrf + (F1/SKr) SKr (4.78)
El término adimensional F1/SKr se obtiene de la figura 3 del anexo B.
En esta figura se toma en cuenta el efecto armónico de la sarta de varillas, así
como los efectos normales de aceleración.
El método API no introduce ningún factor para tomar en cuenta las unidades
con geometría especial.
Mínima carga en la varilla pulida.
La fórmula convencional para la mínima carga en la varilla pulida para
unidades de geometría convencional es:
MPRL = Wrf – Wr (SN2/70500) (4.79)
Para unidades de geometría especial:
MPRL = Wrf – 1.4 Wr (SN2/705000) (4.80)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
165
Para unidades balanceadas por aire:
MPRL = Wrf – 1.3 Wr (SN2/70500) (4.81)
Nuevamente la desaceleración de la sarta es considerada, pero los efectos
dinámicos no lo son.
El método API expresa la predicción de la carga mínima en la varilla pulida en
la siguiente forma:
MPRL = Wrf – (F2/SKr) SKr (4.82)
El término adimensional F2/Skr se obtiene de la figura 4 (Anexo C).
En esta figura se consideran los efectos normales de desaceleración, más los
efectos armónicos de las varillas.
Torsión Máxima
El método convencional para el cálculo de la torsión máxima en unidades con
geometría convencional es:
(4.83)
El método API establece para el cálculo de la torsión máxima la siguiente
formula:
PT = (2T/S2Kr) + SKr x S/2 x Ta (4.84)
Tanto el método convencional como el API para el cálculo de la máxima
torsión, suponen que las cargas máxima y mínima ocurren a los 75° y 285° de la
posición de la manivela, respectivamente.
Otra posición es que no exista golpeteo o interferencia de gas. El API-RP-
11L no incluye la predicción de torsión máxima para unidades con geometría
especial.
El método API también supone que la eficiencia mecánica de la unidad de
bombeo es 100%, algunos métodos convencionales hacen la misma suposición,
aunque la compañía Lufkin usa una eficiencia mecánica de 93%.
Una suposición más en el método API y en el Craft-Holden es, que la
unidad siempre esté perfectamente balanceada.
Potencia en la Varilla Pulida
PRHP = (F3/SKr) x SKr x S x N x 2.53 x 10-6
(4.85)
G x 2
S x MPRL- PPRLPT
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
166
Contrapeso Requerido.
CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo) (4.86)
4.4 Ejemplos de Aplicación
Ejemplo de aplicación 1
Para un pozo en el campo petrolero Tajín, se tiene una bomba con un
émbolo de 1 ¾” instalada en una tubería de producción de 2” con 4275 pies de
varillas de succión de ¾” ; se sabe que el nivel de fluido es bajo por lo tanto se
considera a la misma profundidad de la bomba, cuando se bombea a 18 spm con
una longitud de carrera de 64 plg, la producción es de 283 BPD de un fluido con
densidad relativa de 0.825. Efectuar los cálculos necesarios para poder seleccionar
una Unidad de Bombeo Mecánico cuando se tiene una tubería de producción:
a) Desanclada.
b) Anclada.
Datos:
D = 1 ¾”
dtp = 2”
LT = 4275 pies
dr = ¾”
H = 4275 pies
N = 18 spm
S = 64 plg
q = 283 BPD
G = 0.825
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que, para una bomba de 1 ¾” y sarta de
varillas de ¾” :
Er =0.883 x 10-6
plg/lbs-pie
Fc = 1.0
Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para varillas de ¾” :
mr = 1.63 lbs/pie
Consultando la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor de la constante elástica para la
tubería de producción de 2”
Et = 0.500 x 10-6
plg/lbs-pie
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
167
Cálculos para la tubería de producción desanclada
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Cálculo de carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo.
Fo = (0.340) (G) (D2) (H)
Fo = (0.340) (G) (D2) (H)
Fo = (0.340) (0.825) (1.75)2 (4275)
Fo =3672.36 lbs
Cálculo de la constante elástica para el total de la sarta de varilla.
1/Kr = (Er) (LT)
1/Kr = Er x LT
1/Kr = (0.883 x 10-6
) (4275)
1/Kr = 3.775 x 10-3
plg/lbs
Cálculo de la carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una
cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
SKr = S/(1/Kr)
SKr = 64/3.775 x 10-3
SKr = 16953.64 lbs
1. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla
pulida.
(Fo/SKr)
Fo/SKr = 3672.36/16953.64
Fo/SKr = 0.216
El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las
varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (Fo/Kr)/S es el alargamiento de
varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.
2. Cálculo de relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta
de varillas de un solo diámetro.
N/No = (N)(LT)/245000
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
168
N/No = (18)(4275)/245000
N/No = 0.314
3. Cálculo de la relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la
sarta de varillas combinadas.
N/No’= (N/No)/Fc
N/No’= 0.314/1.00
N/No’ = 0.314
El valor de No , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinado,
generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo
rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/N o variará entre 0.0 y
0.6
Cálculo de la constante elástica para la tubería de producción no anclada.
1/Kt = (Et )(LT)
1/Kt = (0.500 x 10-6
)(4275)
1/Kt = 2.13 x 10-3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la ca rrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.875
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)
Sp = (0.875)(64) – (3672.36)(2.13 x 10-3
)
Sp = 48.17 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(48.17)(18)(1.75)2
PD = 309.61 bls/día
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
169
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (48.17) (18)
PD = 309.54 bls/día
NOTA: Si este gasto no se aproxima al que desea, se repetirá el cálculo de las
variables no-dimensionales variando el valor de N.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Cálculo del peso de las varillas en el aire.
Wr = (mr)(LT)
Wr = (1.63)(4275)
Wr = 6968.25 lbs
Cálculo del peso de las varillas en el fluido.
Wrf = Wr 1-(0.127)(G)
Wrf = 6968.25 1-(0.127)(0.825)
Wrf = 6238.15 lbs
1. Cálculos de torsión.
Wrf/SKr = 6238.15/16954.43
Wrf/SKr = 0.368
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES EN LA DETERMINACIÓN DE:
Carga máxima en la varilla pulida
Carga mínima en la varilla pulida
Torsión máxima
Potencia en la varilla pulida
Ajuste de torsión máxima, para valores de W rf/SKr diferentes de 0.3
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de F o/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
170
a) F1/SKr = 0.45
b) F2/SKr = 0.20
c) 2T/S2Kr = 0.36
d) F3/SKr = 0.28
e) Ta = 1.00
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
1. Carga máxima en la varilla pulida.
PPRL = Wrf + (F1/SKr) (SKr)
PPRL = 6238.15 + (0.45)(16954.43)
PPRL = 13,867.64 lbs
2. Carga mínima en la varilla pulida.
MPRL = Wrf – (F2/SKr)(SKr)
MPRL = 6238.15 – (0.20)( 16954.43)
MPRL = 2,847.26 lbs
3. Torsión máxima.
PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2) (Ta)
PT = (0.36)(16954.43)(64/2)(1.0)
PT = 195,315 lbs-plg
4. Potencia en la varilla pulida.
PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6
)
PRHP = (0.28)(16954.43) (64)(18)( 2.53 x 10-6
)
PRHP = 13.83 hp
5. Contrabalanceo.
CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)
CBE = 1.06 x (6238.15 + 3672.36/2)
CBE = 8,560.9 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión y la carga máxima en la varilla pulida
se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
171
Unidad seleccionada: C-228D-200-74
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
228 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
200 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
74 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que la constante elástica de la tubería de
producción es 1/K t = 0.0
Debido a que la constante elástica es cero, la mayoría de los cálculos que se
realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los ún icos valores
que cambian son la carrera efectiva del émbolo y el desplazamiento teórico de la
bomba.
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Fo = 3672.36 lbs
1/Kr = 3.775 x 10-3
plg/lbs
SKr = 16953.64 lbs
Fo/SKr = 0.216
N/No = 0.314
N/No’ = 0.314
1/Kt = 2.13 x 10–3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.875
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
172
Sp = (0.875)(64)
Sp = 56 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(56)(18)(1.75)2
PD = 360 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (56) (18)
PD = 359.85 bls/día
Como los valores de Sp y PD no se ocupan en otras formulas, los resultados
son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Wr = 6968.25 lbs Wrf = 6238.15 lbs
Wrf/SKr = 0.368
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES:
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de Fo/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
a) F1/SKr = 0.45
b) F2/SKr = 0.20
c) 2T/S2Kr = 0.36
d) F3/SKr = 0.28
e) Ta = 1.00
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
173
PPRL = 13,867.64 lbs
MPRL = 2,847.26 lbs
PT = 195,315 lbs-plg
PRHP = 13.83 hp
CBE = 8560.9 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón y el
desplazamiento teórico de la bomba. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-228D-200-74
Ejemplo de Aplicación 2
En un pozo del Campo Petrolero de Tajín se tiene una profundidad de 5100
pies en dónde será instalada una bomba de inserción con un émbolo de 1 ¾” en
el interior de una tubería de producción de 2 7/8” , una densidad relativa del
fluido de 0.825, y donde el nivel dinámico en la tubería de revestimiento se
considera a la misma profundidad de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos
para la selección de una Unidad de Bombeo Mecánico que deberá operar con una
velocidad de 13 spm y una carrera en la varilla pulida de 86 plg dando un gasto o
producción en superficie de 180 BPD. Este diseño contempla una sarta de varillas
telescopiadas compuesta de 3 secciones con diferentes diámetros 1”,7/8” y ¾”.
Considerar los cálculos con la tubería de producción desanclada y anclada.
Datos:
D = 1 ¾”
dtp = 2 7/8”
LT = 5100 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
H = 5100 pies
N = 13 spm
S = 86 plg
q = 180 BPD
G = 0.825
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que, para una bomba de 1 ¾” y sarta de
varillas de 1”, 7/8” y ¾” :
Er =0.699 x 10-6
plg/lbs-pie
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
174
Fc = 1.164
mr = 2.185 lbs/pie
Consultando la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor de la constante elástica para la
tubería de producción de 2 7/8”
Et = 0.221 x 10-6
plg/lbs-pie
Cálculos para la tubería de producción desanclada
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Cálculo de carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo.
Fo = (0.340) (G) (D2) (H)
Fo = (0.340) (0.825) (1.75)2 (5100)
Fo = 4381.05 lbs
Cálculo de la constante elástica para el total de la sarta de varilla.
1/Kr = (Er) (LT)
1/Kr = Er x LT
1/Kr = (0.699 x 10-6
) (5100)
1/Kr = 3.5649 x 10-3
plg/lbs
Cálculo de la carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una
cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
SKr = S/(1/Kr)
SKr = 86/3.5649 x 10-3
SKr = 24,124.09 lbs
1. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varill a
pulida.
(Fo/SKr)
Fo/SKr = 4381.05/24124.09
Fo/SKr = 0.1816
El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las
varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (F o/Kr)/S es el alargamiento de
varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
175
2. Cálculo de relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta
de varillas de un solo diámetro.
N/No = (N)(LT)/245000
N/No = (13)(5100)/245000
N/No = 0.27
3. Cálculo de la relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la
sarta de varillas combinadas.
N/No’= 0.232
El valor de No , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinado,
generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo
rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/No variará entre 0.0 y
0.6
Cálculo de la constante elástica para la tubería de producción no anclada.
1/Kt = (Et )(LT)
1/Kt = (0.221 x 10-6
)(5100)
1/Kt = 1.1271 x 10-3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.92
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)
Sp = (0.92)(86) – (4381.05)(1.1271 x 10-3
)
Sp = 74.18 plg
c
T
o F 24500
NL
'N
N
(1.164)245000
(13)(5100)
'N
N
o
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
176
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(74.18)(13)(1.75)2
PD = 344.35 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (74.18) (13)
PD = 344.26 bls/día
NOTA: Si este gasto no se aproxima al que desea, se repetirá el cálculo de las
variables no-dimensionales variando el valor de N.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Cálculo del peso de las varillas en el aire.
Wr = (mr)(LT)
Wr = (2.185)(5100)
Wr = 11,143.5 lbs
Cálculo del peso de las varillas en el fluido.
Wrf = Wr 1-(0.127)(G)
Wrf = 11,143.5 1-(0.127)(0.825)
Wrf = 9,975.93 lbs
2. Cálculos de torsión.
Wrf/SKr = 9,975.93/24,124.09
Wrf/SKr = 0.413
NOTA: Si el valor de W rf/SKr es mayor de 0.3, efectuar el ajuste en la figura 7
del anexo B; si el valor es menor de 0.3 el ajuste se vuelve negativo.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
177
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES EN LA DETERMINACIÓN DE:
Carga máxima en la varilla pulida
Carga mínima en la varilla pulida
Torsión máxima
Potencia en la varilla pulida
Ajuste de torsión máxima, para valores de Wrf/SKr diferentes de 0.3
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de F o/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
f) F1/SKr = 0.36
g) F2/SKr = 0.16
h) 2T/S2Kr = 0.29
i) F3/SKr = 0.22
j) Ta = 1.02
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
6. Carga máxima en la varilla pulida.
PPRL = Wrf + (F1/SKr) (SKr)
PPRL = 9975.93 + (0.36)(24124.09)
PPRL = 18,660.6 lbs
7. Carga mínima en la varilla pulida.
MPRL = Wrf – (F2/SKr)(SKr)
MPRL = 9975.93 – (0.16)(24124.09)
MPRL = 6,116.07 lbs
8. Torsión máxima.
PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2) (Ta)
PT = (0.29)(24124.09)(86/2)(1.02)
PT = 306,843.95 lbs-plg
9. Potencia en la varilla pulida.
PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6
)
PRHP = (0.22)(24124.09) (86)(13)( 2.53 x 10-6
)
PRHP = 15.01 hp
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
178
10. Contrabalanceo.
CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)
CBE = 1.06 x (9975.93 + 4381.05 /2)
CBE = 12,896.44 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión y la carga máxima en la varilla pulida
se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-320D-246-86
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
320 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
246 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
86 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que la constante elástica de la tubería de
producción es 1/K t = 0.0
Debido a que la constante elástica es cero, la mayoría de los cálculos que se
realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los únicos valores
que cambian son la carrera efectiva del émbolo y el desplazamiento teórico de la
bomba.
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Fo = 4381.05 lbs 1/Kr = 3.5649x 10
-3 plg/lbs
SKr = 24124.09 lbs
Fo/SKr = 0.1816
N/No = 0.27
N/No’ = 0.232
1/Kt = 1.1271 x 10–3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
179
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrer a
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.875
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]
Sp = (0.875)(86)
Sp = 72.25 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(72.25)(13)(1.75)2
PD = 335.39 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (72.25) (13)
PD = 335.31 bls/día
Como los valores de Sp y PD no se ocupan en otras formulas, los resultados
son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Wr = 11,143.5 lbs Wrf = 9,975.93 lbs
Wrf/SKr = 0.413
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES:
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de F o/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
180
a) F1/SKr = 0.36
b) F2/SKr = 0.16
c) 2T/S2Kr = 0.29
d) F3/SKr = 0.22
e) Ta = 1.02
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
PPRL = 18660.6 lbs MPRL = 6116.07 lbs
PT = 306,843.95 lbs-plg
PRHP = 15.01 hp
CBE = 12,896.44 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón y el
desplazamiento teórico de la bomba. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-320D-246-86
Ejemplo de Aplicación 3
En un pozo del Campo Petrolero Poza Rica se instalará una bomba de inserción
con un émbolo de 1 ¾”Ø a la profundidad de 6232 pies en el interior de una
tubería de producción de 2 7/8” , dando un gasto o producción en superficie de
250 BPD de fluido con una densidad de 0.870, se considera que el nivel dinámico
en la tubería de revestimiento está a la profundidad de colocación de la bomba
Efectuar los cálculos necesarios para determinar el tipo de Unidad de Bombeo
Mecánico que operará con una carrera en la varilla pulida de 100 plg a una
velocidad de 13 spm, moviendo una sarta de varilla telescopiada compuesta de
1”,7/8” y ¾” de diámetro.
Datos:
D = 1 ¾”
dtp = 2 7/8”
LT = 6232 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
H = 6232 pies
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
181
N = 13 spm
S = 100 plg
q = 250 BPD
G = 0.870
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que, para una bomba de 1 ¾” y sarta de
varillas de 1”, 7/8” y ¾” :
Er =0.699 x 10-6
plg/lbs-pie
Fc = 1.164
mr = 2.185 lbs/pie
Consultando la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor de la constante elástica para la
tubería de producción de 2 7/8”
Et = 0.221 x 10-6
plg/lbs-pie
Cálculos para la tubería de producción desanclada
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Cálculo de carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo.
Fo = (0.340) (G) (D2) (H)
Fo = (0.340) (0.870) (1.75)2 (6232)
Fo = 5645.49 lbs
Cálculo de la constante elástica para el total de la sarta de varilla.
1/Kr = Er x LT
1/Kr = (0.699 x 10-6
) (6232)
1/Kr = 4.3561 x 10-3
plg/lbs
Cálculo de la carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una
cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
SKr = S/(1/Kr)
SKr = 100/4.3561 x 10-3
SKr = 22,956.31 lbs
4. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla
pulida.
(Fo/SKr)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
182
Fo/SKr = 5645.49/22956.31
Fo/SKr = 0.246
El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las
varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (F o/Kr)/S es el alargamiento de
varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.
5. Cálculo de relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta
de varillas de un solo diámetro.
N/No = (N)(LT)/245000
N/No = (13)(6232)/245000
N/No = 0.33
6. Cálculo de la relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la
sarta de varillas combinadas.
N/No’ = 0.284
El valor de No , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinado,
generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo
rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/N o variará entre 0.0 y
0.6
Cálculo de la constante elástica para la tubería de producción no anclada.
1/Kt = (Et )(LT)
1/Kt = (0.221 x 10-6
)(6232)
1/Kt = 1.377 x 10-3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.83
c
T
o F 24500
NL
N
N
'
(1.164)245000
(13)(6232)
'N
N
o
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
183
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)
Sp = (0.83)(100) – (5645.49)(1.377 x 10-3
)
Sp = 75.22 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(75.22)(13)(1.75)2
PD = 349.18 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (75.22) (13)
PD = 349.09 bls/día
NOTA: Si este gasto no se aproxima al que desea, se repetirá el cálculo de las
variables no-dimensionales variando el valor de N.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Cálculo del peso de las varillas en el aire.
Wr = (mr)(LT)
Wr = (2.185)(6232)
Wr = 13,616.92 lbs
Cálculo del peso de las varillas en el fluido.
Wrf = Wr 1-(0.127)(G)
Wrf = 13616.92 1-(0.127)(0.870)
Wrf = 12,112.38 lbs
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
184
1. Cálculos de torsión.
Wrf/SKr = 12112.38/22956.31
Wrf/SKr = 0.527
NOTA: Si el valor de W rf/SKr es mayor de 0.3, efectuar el ajuste en la figura 7
del anexo B; si el valor es menor de 0.3 el ajuste se vuelve negativo.
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES EN LA DETERMINACIÓN DE:
Carga máxima en la varilla pulida
Carga mínima en la varilla pulida
Torsión máxima
Potencia en la varilla pulida
Ajuste de torsión máxima, para valores de W rf/SKr diferentes de 0.3
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de Fo/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
a) F1/SKr = 0.47
b) F2/SKr = 0.22
c) 2T/S2Kr = 0.37
d) F3/SKr = 0.31
e) Ta = 1.00
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
1. Carga máxima en la varilla pulida.
PPRL = Wrf + (F1/SKr) (SKr)
PPRL = 12112.38 + (0.47)(22956.31)
PPRL = 22,901.84 lbs
2. Carga mínima en la varilla pulida.
MPRL = Wrf – (F2/SKr)(SKr)
MPRL = 12112.38 – (0.22)(22956.31)
MPRL = 7062 lbs
3. Torsión máxima.
PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2) (Ta)
PT = (0.37)(22956.31)(100/2)(1.00)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
185
PT = 424,691.73 lbs-plg
4. Potencia en la varilla pulida.
PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6
)
PRHP = (0.31)(22956.31) (100)(13)( 2.53 x 10-6
)
PRHP = 23.4 hp
5. Contrabalanceo.
CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)
CBE = 1.06 x (12112.38 + 5645.49 /2)
CBE = 15,831.22 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión y la carga máxima en la varilla pulida
se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-456D-256-100
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
456 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
256 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
100 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que la constante elástica de la tubería de
producción es 1/K t = 0.0
Debido a que la constante elástica es cero, la mayoría de los cálculos que se
realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los únicos valores
que cambian son la carrera efectiva del émbolo y el desplazamiento teórico de la
bomba.
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Fo = 5645.49 lbs
1/Kr = 4.3561 x 10-3
plg/lbs
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
186
SKr = 22,956.31 lbs
Fo/SKr = 0.246
N/No = 0.33
N/No’ = 0.284
1/Kt = 1.377 x 10–3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.83
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]
Sp = (0.83)(100)
Sp = 83 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(83)(13)(1.75)2
PD = 385.29 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (83) (13)
PD = 385.20 bls/día
Como los valores de Sp y PD no se ocupan en otras formulas, los resultados
son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
187
Wr = 13,616.92 lbs Wrf = 12,112.38 lbs
Wrf/SKr = 0.527
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES:
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de Fo/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
a) F1/SKr = 0.47
b) F2/SKr = 0.22
c) 2T/S2Kr = 0.37
d) F3/SKr = 0.31
e) Ta = 1.00
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
PPRL = 22,901.84 lbs
MPRL = 7,062 lbs
PT = 424,691.73 lbs-plg
PRHP = 23.4 hp
CBE = 15,831.22 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón y el
desplazamiento teórico de la bomba. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-456D-256-100
Ejemplo de Aplicación 4
En un pozo del campo petrolero Presidente Alemán se instalará una bomba
de inserción con un émbolo de 1¾”Ø a la profundidad de 8500 pies en el interior
de una tubería de producción 2 7/8”Ø, dando en superficie un gasto o producción de
350 BPD de un fluido con una densidad de 0.870, y donde el nivel dinámico en la
tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad de colocación de la
bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de Bombeo Mecánico
que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en la varilla pulida de
168 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiada compuesta por 1”, 7/8” y
¾” de diámetro. Considerar la tubería de producción desanclada y anclada.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
188
Datos:
D = 1 ¾”
dtp = 2 7/8”
LT = 8500 pies
dr = 1”, 7/8” y ¾”
H = 8500 pies
N = 13 spm
S = 168 plg
q = 350 BPD
G = 0.870
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que, para una bomba de 1 ¾” y sarta de
varillas de 1”, 7/8” y ¾” :
Er =0.699 x 10-6
plg/lbs-pie
Fc = 1.164
mr = 2.185 lbs/pie
Consultando la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor de la constante elástica para la
tubería de producción de 2 7/8”
Et = 0.221 x 10-6
plg/lbs-pie
Cálculos para la tubería de producción desanclada
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Cálculo de carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo.
Fo = (0.340) (G) (D2) (H)
Fo = (0.340) (0.870) (1.75)2 (8500)
Fo = 7,700.04 lbs
Cálculo de la constante elástica para el total de la sarta de varilla.
1/Kr = (Er) (LT)
1/Kr = (0.699 x 10-6
) (8500)
1/Kr = 5.9415 x 10-3
plg/lbs
Cálculo de la carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una
cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
SKr = S/(1/Kr)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
189
SKr = 168/5.9415 x 10-3
SKr = 28,275.68 lbs
7. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla
pulida.
(Fo/SKr)
Fo/SKr = 7700.04/28275.68
Fo/SKr = 0.272
El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las
varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (F o/Kr)/S es el alargamiento de
varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.
8. Cálculo de relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta
de varillas de un solo diámetro.
N/No = (N)(LT)/245000
N/No = (13)(8500)/245000
N/No = 0.451
9. Cálculo de la relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la
sarta de varillas combinadas.
N/No’ = 0.387
El valor de No , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinado,
generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo
rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/N o variará entre 0.0 y
0.6
Cálculo de la constante elástica para la tubería de producción no anclada.
1/Kt = (Et )(LT)
1/Kt = (0.221 x 10-6
)(8500)
1/Kt = 1.8785 x 10-3
plg/lbs
c
T
o F 24500
NL
'N
N
(1.164)245000
(13)(8500)
'N
N
o
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
190
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.97
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)
Sp = (0.97)(168) – (7700.04)(1.8785 x 10-3
)
Sp = 148.49 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(148.49)(13)(1.75)2
PD = 689.31 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
PD = (0.357) (148.49) (13)
PD = 689.14 bls/día
NOTA: Si este gasto no se aproxima al que desea, se repetirá el cálculo de las
variables no-dimensionales variando el valor de N.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Cálculo del peso de las varillas en el aire.
Wr = (mr)(LT)
Wr = (2.185)(8500)
Wr = 18,572.5 lbs
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
191
Cálculo del peso de las varillas en el fluido.
Wrf = Wr 1-(0.127)(G)
Wrf = 18572.5 1-(0.127)(0.870)
Wrf = 16,520.42 lbs
2. Cálculos de torsión.
Wrf/SKr = 16520.42/28275.68
Wrf/SKr = 0.584
NOTA: Si el valor de W rf/SKr es mayor de 0.3, efectuar el ajuste en la figura 7
del anexo B; si el valor es menor de 0.3 el ajuste se vuelve negativo.
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES EN LA DETERMINACIÓN DE:
Carga máxima en la varilla pulida
Carga mínima en la varilla pulida
Torsión máxima
Potencia en la varilla pulida
Ajuste de torsión máxima, para valores de W rf/SKr diferentes de 0.3
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de F o/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
f) F1/SKr = 0.65
g) F2/SKr = 0.31
h) 2T/S2Kr = 0.48
i) F3/SKr = 0.44
j) Ta = 0.95
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
6. Carga máxima en la varilla pulida.
PPRL = Wrf + (F1/SKr) (SKr)
PPRL = 16520.42 + (0.65)(28275.68)
PPRL = 34,899.61 lbs
7. Carga mínima en la varilla pulida.
MPRL = Wrf – (F2/SKr)(SKr)
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
192
MPRL = 16520.42 – (0.31)(28275.68)
MPRL = 7,754.95 lbs
8. Torsión máxima.
PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2) (Ta)
PT = (0.48)(28275.68)(168/2)(0.95)
PT = 1’083,071.64 lbs-plg
9. Potencia en la varilla pulida.
PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6
)
PRHP = (0.44)(28275.68) (168)(13)(2.53 x 10-6
)
PRHP = 68.74 hp
10. Contrabalanceo.
CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)
CBE = 1.06 x (16520.42 + 7700.04 /2)
CBE = 21,592.66 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión y la carga máxima en la varilla pulida
se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Unidad seleccionada: C-1280D-365-192
Donde:
C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que
significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.
456 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.
D = Reductor de engranes con doble reducción.
256 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.
100 = Longitud de la carrera en pulgadas.
Cálculos para la tubería de producción anclada
Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción
anclada, pero con la consideración de que la constante elástica de la tubería de
producción es 1/K t = 0.0
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
193
Debido a que la constante elástica es cero, la mayoría de los cálculos que se
realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los únicos valores
que cambian son la carrera efectiva del émbolo y el desplazamiento teórico de la
bomba.
I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:
Fo = 7,700.04 lbs
1/Kr = 5.9415 x 10-3
plg/lbs
SKr = 28,275.68 lbs
Fo/SKr = 0.272
N/No = 0.451
N/No’ = 0.387
1/Kt = 1.8785 x 10–3
plg/lbs
II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO
TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.
Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera
del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:
Sp/S = 0.97
Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.
SP = [(Sp/S)(S)]
Sp = (0.97)(168)
Sp = 162.96 plg
Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.
PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)
PD = (0.1166)(162.96)(13)(1.75)2
PD = 756.48 bls/día
Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la
bomba de la tabla 1 del anexo A.
K= 0.357
Entonces se tiene que:
PD = K x Sp x N
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV
194
PD = (0.357) (162.96) (13)
PD = 756.29 bls/día
Como los valores de Sp y PD no se ocupan en otras formulas, los resultados
son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES
Wr = 18,572.5 lbs
Wrf = 16,520.42 lbs
Wrf/SKr = 0.584
IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES:
Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de Fo/SKr ,
N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:
a) F1/SKr = 0.65
b) F2/SKr = 0.31
c) 2T/S2Kr = 0.48
d) F3/SKr = 0.44
e) Ta = 0.95
V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
PPRL = 34,889.61 lbs
MPRL = 7,754.95 lbs
PT = 1’083,071.64 lbs-plg
PRHP = 68.74 hp
CBE = 21,592.66 lbs
De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla
pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el
apéndice A.
Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,
la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de
la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón y el
desplazamiento teórico de la bomba. Por lo tanto:
Unidad seleccionada: C-456D-256-100
CAPITULO III
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO III
203
APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO
A continuación se presenta una guía rápida para la selección de Unidades de
Bombeo Mecánico, con ella se puede saber cuales son los datos necesarios para iniciar la
selección de Unidades de Bombeo Mecánico, así como los pasos a seguir para obtener los
resultados finales y con ello seleccionar la unidad adecuada a las características que tiene el
pozo, como son: profundidad de la sarta y de colocación de la bomba, densidad relativa del
fluido, diámetro de la bomba, etc.
El objetivo principal de la siguiente tabla es obtener los datos principales para la
selección de la Unidad de Bombeo Mecánico adecuada, a partir de los datos que tiene el
pozo, utilizando el método API.
Datos conocidos del pozo
Nivel de Fluido H = _________________ pies
Prof. de la Bomba LT = _________________ pies
Diam. de la Tub. Prod. dt = _________________ plg ¿Está anclada? Si O No O
Velocidad de Bombeo N = _________________ spm
Carrera S = _________________ plg
Diam. del Émbolo D = _________________ plg
Diam. de las varillas que dr1 = _________________ plg
componen la sarta dr2 = _________________ plg
dr3 = _________________ plg
Densidad Relativa (fluido) G = _________________
Todos los datos anteriores deben ser conocidos de acuerdo con las características de
cada pozo, si no se llegara a llenar alguno de los espacios en blanco, no se podría efectuar
el cálculo necesario para la selección de la unidad requerida.
Consultando las tablas 3 y 7 del anexo A, pueden obtenerse los siguientes valores:
A partir de las características del pozo que se llenaron en los espacios en blanco, se
obtienen los valores fundamentales para la selección de la unidad, como es: el peso de la
sarta de varillas, módulo de elasticidad de las varillas y de la tubería de producción.
1. mr = _________________ lbs/pie
2. Er = _________________ x 10-6
plg/lbs-pie
3. Fc = _________________
4. Et = _________________ x 10-6
plg/lbs-pie
Con la obtención de estos valores, puede iniciarse los cálculos necesarios para la
selección de la Unidad de Bombeo Mecánico adecuada a las características del pozo.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO III
204
A continuación se presentan las formulas necesarias para hacer los cálculos en la
selección de la unidad, únicamente debe llenar los espacios en blanco y efectuar las
operaciones necesarias, hasta obtener el resultado.
Cálculo de las variables no dimensionales
5. Fo = 0.340 x G x D2 x H = 0.340 x ________ x (________)
2 x ________ =________ lbs
6. 1/Kr = Er x LT = _________ x ________ = _________ lbs/plg
7. SKr = S/(1/Kr) = ________ _________ = ________ lbs
8. Fo/SKr = ________ ________ = ________
9. N/No = (N x LT)/245000 = (________ x _________) 245000 = ________
10. N/No’ = (N/No)/Fc = ________ ________ = ________
11. 1/Kt = Er x LT = ________ x ________ = ________ lbs/plg
Consultando los datos de la figura 1 del anexo B, se puede calcular la carrera efectiva
del pistón y el desplazamiento teórico de la bomba.
En la figura 1 del anexo B, con los valores de la relación de velocidad de bombeo a
la frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas y, con la relación del peso total de la
sarta de varillas en el fluido y las libras de carga necesaria para alargar la sarta de varillas
una cantidad igual a la varilla pulida,se obtiene el valor del factor de la carrera del émbolo.
12. Sp/S = ________
13. Sp = [(Sp/S) x S] – [Fo x 1/Kr] = [_______x_______]–[_______x_______]= ______ plg
14. PD = 0.1166 x Sp x N x N2 = 0.1166 x_______x_________ x_________ = ______ BPD
NOTA.- Si el desplazamiento teórico de la bomba falla para satisfacer los requerimientos
conocidos o anticipados, deberá hacer los ajustes apropiados con los datos que se asumen
en los pasos 1 al hasta el 14. Cuando el desplazamiento calculado de la bomba es aceptable,
se procederá con los cálculos de selección.
Determinación de los parámetros no dimensionales
15. Wr = mr x LT = _________ x _________ = _________ lbs
Este resultado es el peso total que componen la sarta de varillas de acuerdo con la
profundidad de la misma.
16. Wrf = Wr x [1 – (0.128 x G)] = ________ x [1 – (0.128 x ________)] = __________ lbs
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO III
205
El resultado anterior, es el peso de las varillas sumergidas en el fluido. Como se
observa, el resultado es menor al punto N° 15 debido al efecto de flotación o Principio de
Arquímedes.
17. Wrf/SKr = _________ __________ = __________
Si el valor anterior es mayor de 0.3, se deberá efectuar el ajuste en la figura 7 del
anexo B; si el valor es menor a 0.3, el ajuste se vuelve negativo.
Consultando los datos de las figuras 3, 4, 5, 6 y 7 del anexo B, se obtienen los
siguientes valores:
18. F1/SKr = ________
19. F2/SKr = ________
20. 2T/S2Kr = ________
21. F3/SKr = _________
22. Ta = _________
Los resultados anteriores, son los factores para determinar las características con las
cuales debe operar la Unidad de Bombeo Mecánico. A continuación se realizarán los
cálculos necesarios para la selección de la unidad.
Solución para las características de operación
23. PPRL = Wrf + [(F1/SKr) x SKr] = ________ + [(________ x _______)] = _________lbs
24. MPRL = Wrf – [(F2/SKr) x SKr] =________ - [(________ x ________)] = ________lbs
La obtención de los valores anteriores, es la carga máxima y mínima que soportará
la Unidad de Bombeo Mecánico, es decir, las libras de peso de las varillas y del fluido.
25. PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2)(Ta)=_______x_______x (_____ 2)x_____= _______lbs-plg
El valor de la torsión máxima obtenido con el cálculo anterior, son las libras por
pulgadas de torsión que debe soportar la caja reductora de engranes de la Unidad de
Bombeo Mecánico. Para efectos de operación y de acuerdo a las tablas del apéndice
cortesía de industrias Lufkin, se debe seleccionar una unidad que soporte un mayor número
de lbs-plg de las que se obtuvieron por medio de los cálculos, esto para tener un factor de
tolerancia en la caja reductora de engranes.
26. PRHP=(F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6
)=____x____x____x____x____x 2.53 x 10-6
PRHP= _________
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO III
206
Con el valor de la potencia en la varilla pulida, se puede seleccionar de acuerdo con
la tabla 19 del anexo A, el tamaño del motor que deberá operar la Unidad de Bombeo
Mecánico.
27. CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo) = 1.06 x [_____ x (1/2 _______)] = ________ lbs
La obtención del contrapeso requerido, es el peso necesario que debe tener la
manivela de la Unidad de Bombeo Mecánico para que no exista desbalanceo, es decir, que
falte o sobre peso en la manivela de la unidad, provocando que el motor llegue a forzarse y
a consecuencia de esto, un mayor consumo de energía en el motor.
ANEXOS
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
1
A
A) TABLAS PARA SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO
DATOS DEL ÉMBOLO
DIÁMETRO
plg
dp
ÁREA
plg2
Ap
CONSTANTE DE LA BOMBA
BPD/plg/spm
K
1 0.785 0.116
1 1/16 0.886 0.131
1 ¼ 1.227 0.182
1 ½ 1.767 0.262
1 ¾ 2.405 0.357
1 25
/32 2.408 0.369
2 3.142 0.466
2 ¼ 3.976 0.590
2 ½ 4.909 0.728
2 ¾ 5.940 0.881
3 ¾ 11.045 1.639
4 ¾ 17.721 2.630
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 1
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
2 A
DIÁMETROS DE ÉMBOLO RECOMENDADOS PAR ACONDICIONES
ÓPTIMAS.
NIVEL
DE
FLUIDO
NETO
pie
GASTO – BPD – Ev = 80 X
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
2000 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾
1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½
3000 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½ 2 ½ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾
1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ¼ 2 ½
4000 1 ¼ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼
1 ½ 1 ¾ 2 2
5000 1 ¼ 1 ¾ 2 2 ¾ 2 ¼ 2 ¼
1 ½ 1 ¾ 1 ¾ 2
6000 1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 1 ¾
1 ¼ 1 ½
7000 1 ¼ 1 ½
1 1/8 1 ¼
8000 1 ¼
1 1/8
Esta tabla, se considera únicamente para carreras de varilla mayores de 74
plg.
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 2
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
3 A
DATOS DE LA BOMBA Y DE LAS VARILLAS No.
DE
VARI
LLA
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
dp
PESO DE
LAS VAR.
lbs-pie
mr
CONSTANTE
ELÁSTICA
plg/lbs pie
X 10 -6,Er
FACTOR DE
FRECUENCI
A
Fc
SARTA DE VARILLAS, % DE CADA DIÁMETRO
1 1/8 1
7/8
3/4
5/8
1/2
44 Todos 0.726 1.990 1.000 - - - - - 100.0
54 1.06 0.906 1.668 1.138 - - - - 44.6 55.4
54 1.25 0.929 1.633 1.140 - - - - 49.5 50.5
54 1.50 0.957 1.584 1.137 - - - - 56.4 43.6
54 1.75 0.990 1.525 1.122 - - - - 64.6 35.4
54 2.00 1.027 1.460 1.095 - - - - 73.7 26.3
54 2.25 1.067 1.391 1.061 - - - - 83.4 16.6
54 2.50 1.108 1.318 1.023 - - - - 93.5 6.5
55 Todos 1.135 1.270 1.000 - - - - 100.0 -
- - -
64 1.06 1.164 1.382 1.229 - - - 33.3 33.1 33.5
64 1.25 1.211 1.319 1.215 - - - 37.2 35.9 26.9
64 1.50 1.275 1.232 1.184 - - - 42.3 40.4 17.3
64 1.75 1.341 1.141 1.145 - - - 47.4 45.3 7.4
65 1.06 1.307 1.138 1.098 - - - 34.4 65.6 -
65 1.25 1.321 1.127 1.104 - - - 37.3 62.7 -
65 1.50 1.343 1.110 1.110 - - - 41.8 58.2 -
65 1.75 1.369 1.090 1.114 - - - 46.9 53.1 -
65 2.00 1.394 1.070 1.114 - - - 52.0 48.0 -
65 2.25 1.426 1.045 1.110 - - - 58.4 41.6 -
65 2.50 1.460 1.018 1.099 - - - 65.2 34.8 -
65 2.75 1.497 0.990 1.082 - - - 72.5 27.5 -
65 3.25 1.574 0.930 1.037 - - - 88.1 11.9 -
66 Todos 1.634 0.883 1.000 - - - 100.0 - -
75 1.06 1.566 0.997 1.191 - - 27.0 27.4 45.6 -
75 1.25 1.604 0.973 1.193 - - 29.4 29.8 40.8 -
75 1.50 1.664 0.935 1.189 - - 33.3 33.3 33.3 -
75 1.75 1.732 0.892 1.174 - - 37.8 37.0 25.1 -
75 2.00 1.803 0.847 1.151 - - 42.4 41.3 16.3 -
75 2.25 1.875 0.801 1.121 - - 46.9 45.8 7.2 -
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
4 A
Continuación de Tabla 3 No.
DE
VARI
LLA
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
dp
PESO DE
LAS VAR.
lbs-pie
mr
CONSTANTE
ELÁSTICA
plg/lbs pie
X 10 -6,Er
FACTOR DE
FRECUENCI
A
Fc
SARTA DE VARILLAS, % DE CADA DIÁMETRO
1 1/8 1
7/8
3/4
5/8
1/2
76 1.06 1.820 0.816 1.072 - - 28.5 71.5 - -
76 1.25 1.814 0.812 1.077 - - 30.6 69.4 - -
76 1.50 1.733 0.804 1.082 - - 33.8 66.2 - -
76 1.75 1.855 0.795 1.088 - - 37.5 62.5 - -
76 2.00 1.880 0.785 1.093 - - 41.7 58.3 - -
76 2.25 1.908 0.774 1.096 - - 46.5 53.5 - -
76 2.50 1.934 0.764 1.097 - - 50.8 49.2 - -
76 2.75 1.967 0.751 1.094 - - 56.5 43.5 - -
76 3.25 2.039 0.722 1.078 - - 68.7 31.3 - -
76 3.75 2.119 0.690 1.047 - - 82.3 17.7 - -
77 Todos 2.224 1.000 1.000 - - 100.0 - - -
85 1.06 1.883 0.873 1.261 - 22.2 22.4 22.4 33.0 -
85 1.25 1.943 0.841 1.253 - 23.9 24.2 24.3 27.6 -
85 1.50 2.039 0.791 1.232 - 26.7 27.4 26.8 19.2 -
85 1.75 2.138 0.738 1.201 - 29.6 30.4 29.5 10.5 -
86 1.06 2.058 0.742 1.151 - 22.6 23.0 54.3 - -
86 1.25 2.087 0.732 1.156 - 24.3 24.5 51.2 - -
86 1.50 2.133 0.717 1.162 - 26.8 27.0 46.3 - -
86 1.75 2.185 0.699 1.164 - 29.4 30.0 40.6 - -
86 2.00 2.247 0.679 1.161 - 32.8 33.2 33.9 - -
86 2.25 2.315 0.656 1.153 - 36.9 36.0 27.1 - -
86 2.50 2.385 0.633 1.138 - 40.6 39.7 19.7 - -
86 2.75 2.455 0.610 1.119 - 44.5 43.3 12.2 - -
87 1.06 2.390 0.612 1.055 - 24.3 75.7 - - -
87 1.25 2.399 0.610 1.958 - 25.7 74.3 - - -
87 1.50 2.413 0.607 1.062 - 27.7 72.3 - - -
87 1.75 2.430 0.603 1.066 - 30.3 69.7 - - -
87 2.00 2.450 0.598 1.071 - 33.2 66.8 - - -
87 2.25 2.472 0.594 1.075 - 36.4 63.6 - - -
87 2.50 2.496 0.588 1.079 - 39.9 60.1 - - -
87 2.75 2.523 0.582 1.082 - 43.9 56.1 - - -
87 3.25 2.575 0.570 1.084 - 51.6 48.4 - - -
87 3.75 2.641 0.556 1.078 - 61.2 38.8 - - -
87 4.75 2.793 0.522 1.038 - 83.6 16.4 - - -
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
5 A
Continuación de Tabla 3 No.
DE
VARI
LLA
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
dp
PESO DE
LAS VAR.
lbs-pie
mr
CONSTANTE
ELÁSTICA
plg/lbs pie
X 10 -6,Er
FACTOR DE
FRECUENCI
A
Fc
SARTA DE VARILLAS, % DE CADA DIÁMETRO
1 1/8 1
7/8
3/4
5/8
1/2
88 Todos 2.904 0.497 1.000 - 100.0 - - - -
96 1.06 2.382 0.670 1.222 19.1 19.2 19.5 42.3 - -
96 1.25 2.435 0.655 1.224 20.5 20.5 20.7 38.3 - -
96 1.50 2.511 0.633 1.223 22.4 22.5 22.8 32.3 - -
96 1.75 2.607 0.606 1.213 24.8 25.1 25.1 25.1 - -
96 2.00 2.703 0.578 1.196 27.1 27.9 27.4 17.6 - -
96 2.25 2.806 0.549 1.172 29.6 30.7 29.8 9.8 - -
97 1.06 2.645 0.568 1.120 19.4 20.0 60.3 - - -
97 1.25 2.670 0.563 1.124 20.8 21.2 58.0 - - -
97 1.50 2.707 0.556 1.131 22.5 23.0 54.5 - - -
97 1.75 2.751 0.548 1.137 24.5 25.0 50.4 - - -
97 2.00 2.801 0.538 1.141 26.8 27.4 25.7 - - -
97 2.25 2.856 0.528 1.143 29.4 30.2 40.4 - - -
97 2.50 2.921 0.515 1.141 32.5 33.1 34.4 - - -
97 2.75 2.989 0.503 1.135 36.1 35.3 28.6 - - -
97 3.25 3.132 0.475 1.111 42.9 41.9 15.2 - - -
98 1.06 3.068 0.475 1.043 21.2 78.8 - - - -
98 1.25 3.076 0.474 1.045 22.2 77.8 - - - -
98 1.50 3.089 0.472 1.048 23.8 76.2 - - - -
98 1.75 3.103 0.470 1.051 25.7 74.3 - - - -
98 2.00 3.118 0.468 1.055 27.7 72.3 - - - -
98 2.25 3.137 0.465 1.058 30.1 69.9 - - - -
98 2.50 3.157 0.463 1.062 32.7 67.3 - - - -
98 2.75 3.180 0.460 1.066 35.6 64.4 - - - -
98 3.25 3.231 0.453 1.071 42.2 57.8 - - - -
98 3.75 3.289 0.445 1.074 49.7 50.3 - - - -
98 4.75 3.412 0.428 1.064 65.7 34.3 - - - -
99 Todos 3.676 9.393 1.000 100.0 - - - - -
107 1.06 2.977 0.524 1.184 16.9 16.8 17.1 49.1 - -
107 1.25 3.019 0.517 1.890 17.9 17.8 18.0 46.3 - -
107 1.50 3.085 0.506 1.195 19.4 19.2 19.5 41.9 - -
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
6 A
Continuación de Tabla 3 No.
DE
VARI
LLA
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
dp
PESO DE
LAS VAR.
lbs-pie
mr
CONSTANTE
ELÁSTICA
plg/lbs pie
X 10 -6,Er
FACTOR DE
FRECUENCI
A
Fc
SARTA DE VARILLAS, % DE CADA DIÁMETRO
1 1/8 1
7/8
3/4
5/8
1/2
107 1.75 3.158 0.494 1.197 21.0 21.0 21.2 36.9 - -
107 2.00 3.238 0.480 1.195 22.7 22.8 23.1 31.4 - -
107 2.25 3.336 0.464 1.187 25.0 25.0 25.0 25.0 - -
107 2.50 3.435 0.447 1.174 26.9 27.7 27.1 18.2 - -
107 2.75 3.537 0.430 1.156 29.1 30.2 29.3 11.3 - -
108 1.06 3.325 0.447 1.097 17.3 17.8 64.9 - - -
108 1.25 3.345 0.445 1.101 18.1 18.6 63.2 - - -
108 1.50 3.376 0.441 1.106 19.4 19.9 60.7 - - -
108 1.75 3.411 0.437 1.111 20.9 21.4 57.7 - - -
108 2.00 3.452 0.432 1.117 22.6 23.0 54.3 - - -
108 2.25 3.498 0.427 1.121 24.5 25.0 50.5 - - -
108 2.50 3.548 0.421 1.124 26.5 27.2 46.3 - - -
108 2.75 3.603 0.415 1.126 28.7 29.6 41.6 - - -
108 3.25 3.731 0.400 1.123 34.6 33.9 31.6 - - -
108 3.75 3.873 0.383 1.108 40.6 39.5 19.9 - - -
109 1.06 3.839 0.378 1.035 18.9 81.1 - - - -
109 1.25 3.845 0.378 1.036 19.6 80.4 - - - -
109 1.50 3.855 0.377 1.038 20.7 79.3 - - - -
109 1.75 3.867 0.376 1.040 22.1 77.9 - - - -
109 2.00 3.880 0.375 1.043 23.7 76.3 - - - -
109 2.25 3.896 0.374 1.046 25.4 74.6 - - - -
109 2.50 3.911 0.372 1.048 27.2 72.8 - - - -
109 2.75 3.930 0.371 1.051 29.4 70.6 - - - -
109 3.25 3.971 0.367 1.057 34.2 65.8 - - - -
109 3.75 4.020 0.363 1.063 39.9 60.1 - - - -
109 4.75 4.120 0.354 1.066 51.5 48.5 - - - -
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
7 A
DATOS PARA DISEÑAR UN APAREJO DE VARILLAS TELESCOPIADAS.
DIÁMETRO DE LA SARTA
plg
VALORES DE R
5/8 –
3/4 R1 = 0.759 - 0.0896 Ap
R2 = 0.241 + 0.0896 Ap
¾ - 7/8 R1 = 0.786 - 0.0566 Ap
R2 = 0.214 + 0.0566 Ap
7/8 - 1 R1 = 0.814 - 0.375 Ap
R2 = 0.186 + 0.375 Ap
5/8 – ¾ -
7/8 R1 = 0.627 - 0.1393 Ap
R2 = 0.199 + 0.0737 Ap
R3 = 0.175 + 0.0655 Ap
¾ - 7/8 - 1 R1 = 0.664 - 0.0894 Ap
R2 = 0.181 + 0.0478 Ap
R3 = 0.155 + 0.0416 Ap
¾ - 7/8 – 1 – 1
1/8 R1 = 0.582 - 0.1110 Ap
R2 = 0.158 + 0.0421 Ap
R3 = 0.137 + 0.0364 Ap
R4 = 0.123 + 0.0325 Ap
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 4
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
8 A
DATOS DE LA VARILLA DE SUCCIÓN.
DIÁMETRO
plg
ÁREA
plg2
PESO
lbs/pie
½ 0.196 0.72 5/8 0.307 1.16
¾ 0.442 1.63 7/8 0.601 2.16
1 0.785 2.88
1 1/8 0.994 3.64
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 5
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
FACTOR DE ACELERACIÓN Longitud de carrera de la varilla pulida (plg)
spm 48 54 64 74 86 100 120 144 168 192 216 240
6 1.025 1.028 1.033 1.038 1.044 1.051 1.061 1.074 1.086 1.098 1.110 1.128
7 1.033 1.038 1.044 1.051 1.060 1.070 1.083 1.100 1.117 1.133 1.150 1.167
8 1.044 1.049 1.058 1.067 1.078 1.091 1.109 1.131 1.153 1.174 1.196 1.218
9 1.055 1.062 1.074 1.085 1.099 1.115 1.138 1.165 1.193 1.21 1.248 1.276
10 1.068 1.077 1.091 1.105 1.122 1.142 1.170 1.204 1.238 1.272 1.306 1.340
11 1.082 1.093 1.110 1.127 1.148 1.172 1.206 1.247 1.288 1.329 1.371 1.412
12 1.098 1.110 1.131 1.151 1.176 1.204 1.245 1.294 1.343 1.392 1.441
13 1.115 1.129 1.153 1.177 1.206 1.240 1.288 1.345 1.403 1.460
14 1.134 1.151 1.179 1.207 1.239 1.278 1.335 1.402 1.469 1.533
15 1.154 1.173 1.205 1.237 1.275 1.319 1.385 1.462
16 1.174 1.196 1.233 1.269 1.312 1.363 1.436 1.523
17 1.197 1.221 1.262 1.303 1.353 1.410 1.492
18 1.221 1.248 1.294 1.340 1.395 1.460 1.552
19 1.246 1.277 1.328 1.379 1.440 1.512
20 1.272 1.306 1.363 1.420 1.488 1.567
21 1.300 1.338 1.400 1.463 1.538 1.625
22 1.330 1.371 1.440 1.508 1.590
23 1.360 1.405 1.480 1.555 1.645
24 1.392 1.441 1.523 1.605 1.703
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 6
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
9 A
DATOS DE LA TUBERÍA
DIA.
EXTERIOR
plg
DIA.
INTERIOR
plg
PESO
lbs/pie
ÁREA
At
plg2
CONSTANTE
ELÁSTICA
Plg/lbs pie
X 10-6
, Et
1.900 1.610 2.90 0.800 0.500
2 3/8 1.995 4.70 1.304 0.307
2 7/8 2.441 6.50 1.812 0.221
3 ½ 2.992 9.30 2.590 0.154
4 3.476 11.00 3.077 0.130
4 1/2 3.958 12.75 3.601 0.111
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 7
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
FACTORES APROXIMADOS DE TORQUE MÁXIMO
UNIDAD CONVENCIONAL
CARRERA DE LA VARILLA
plg
FACTOR DE TORQUE
(TF máx.)
16 8.5
24 13.0
30 16.0
36 19.0
42 22.0
48 26.0
54 29.0
64 34.0
74 39.0
86 45.0
100 52.0
120 63.0
144 75.0
168 87.0
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 8
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
10 A
FACTORES APROXIMADOS DE TORQUE MÁXIMO
UNIDAD MARK II
CARRERA DE LA
VARILLA
plg
TF1
TF2
64 29 37
74 34 43
86 39 51
100 47 57
120 55 71
144 66 88
168 79 102
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 9
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 40 CON 34 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
1000-1100 2 ¾ 3 7/8 24 – 19
1100-1250 2 ½ 3 7/8 24 – 19
1250-1650 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19
1650-1900 2 2 ½ ¾ 24 – 19
1900-2150 1 ¾ 2 ½ ¾ 24 – 19
2150-3000 1 ½ 2 5/8 – ¾ 24 – 19
3000-3700 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 22 – 18
3700-4000 1 2 5/8 –
3/4 21 - 18
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 10
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
11 A
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 57 CON 42 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
1150-1300 2 ¾ 3 7/8 24 – 19
1300-1450 2 ½ 3 7/8 24 – 19
1450-1850 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19
1850-2200 2 2 ½ ¾ 24 – 19
2200-2500 1 ¾ 2 ½ ¾ 24 – 19
2500-3400 1 ½ 2 5/8 – ¾ 23 – 18
3400-4200 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 22 – 17
4200-5000 1 2 5/8 –
3/4 21 - 17
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 11
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 80 CON 48 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
1400-1550 2 ¾ 3 7/8 24 – 19
1550-1700 2 ½ 3 7/8 24 – 19
1700-2200 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19
2200-2600 2 2 ½ ¾ 24 – 19
2600-3000 1 ¾ 2 ½ ¾ 23 – 18
3000-4100 1 ½ 2 5/8 – ¾ 23 – 18
4100-5000 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 21 – 17
5000-6000 1 2 5/8 –
3/4 19 - 17
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TABLA N° 12
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
12 A
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 114 CON 54 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
1700-1900 2 ¾ 3 7/8 24 – 19
1900-2100 2 ½ 3 7/8 24 – 19
2100-2700 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19
2700-3300 2 2 ½ ¾ 23 – 18
3300-3900 1 ¾ 2 ½ ¾ 22 – 17
3900-5100 1 ½ 2 5/8 – ¾ 21 – 17
5100-6300 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 19 – 16
6300-7000 1 2 5/8 –
3/4 17 - 16
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 13
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 160 CON 64 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
2000-2200 2 ¾ 3 7/8 24 – 19
2200-2400 2 ½ 3 7/8 23 – 19
2400-3000 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 23 – 19
3000-3600 2 2 ½ ¾ - 7/8 23 – 18
3600-4200 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 22 – 17
4200-5400 1 ½ 2 5/8 – ¾ -
7/8 21 – 17
5400-6700 1 ¼ 2 5/8 – ¾ -
7/8 19 – 15
6700-7750 1 2 5/8 – ¾ -
7/8 17 - 15
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TABLA N° 14
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
13 A
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 228 CON 74 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
2400-2600 2 ¾ 3 7/8 24 – 20
2600-3000 2 ½ 3 7/8 23 – 18
3000-3700 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 22 – 17
3700-4500 2 2 ½ ¾ - 7/8 21 – 16
4500-5200 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 19 – 15
5200-6800 1 ½ 2 5/8 – ¾ -
7/8 18 – 14
6800-8000 1 ¼ 2 5/8 – ¾ -
7/8 16 – 13
8000-8500 1 2 5/8 – ¾ -
7/8 14 - 13
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 15
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 320 CON 84 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
2800-3200 2 ¾ 3 7/8 23 – 18
3200-3600 2 ½ 3 7/8 21 – 17
3600-4100 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 21 – 17
4100-4800 2 2 ½ ¾ - 7/8 - 1 20 – 16
4800-5600 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 19 – 16
5600-6700 1 ½ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 18 – 15
6700-8000 1 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 17 – 13
8000-9500 1 1/16 2 ½ ¾ -
7/8 – 1 14 - 11
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 16
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
14 A
DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 640 CON 144 plg DE
CARRERA
PROF.
BOMBA
pie
DIA. DEL
ÉMBOLO
plg
DIA. DE
LA TUB.
plg
DIA. DE
LAS VAR.
plg
VELOCIDAD
DE BOMBEO
spm
3200-3500 2 ¾ 3 7/8 – 1 18 – 14
3500-4000 2 ½ 3 7/8 - 1 17 – 13
4000-4700 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 16 – 13
4700-5700 2 2 ½ ¾ - 7/8 - 1 15 – 12
5700-6600 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 14 – 12
6600-8000 1 ½ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 14 – 11
8000-9600 1 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 13 – 10
9600-11000 1 1/16 2 ½ ¾ -
7/8 – 1 12 - 10
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 17
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
FACTORES DE SERVICIO
Servicio API C API D
No corrosivo 1.00 1.00
Agua salada 0.65 0.90
Ácido sulfhídrico 0.50 0.70
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 18
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
15 A
MOTORES ELÉCTRICOS ECONO-PAC II
TAMAÑO TIPO CAPACIDAD MODELO (U.B.M.)
1 5-A 10 HP 114
2 11-A 21 HP 160
3 25-A 50 HP 456
4 35-A 70 HP 456-640
5 45-A 86 HP 640
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 19
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
16 A
´
Émbolo del carrera la deFactor ,S
Sp
S
Sp
B) GRÁFICAS PARA DISEÑO DE INSTALACIONES DE BOMBEO MECÁNICO
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FIGURA N° 1
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
17 A
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 2
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
18 A
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FIGURA N° 3
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
Pulida Varilla laen Pico Carga ,K S
F
r
1
r
1
K S
F
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
19 A
´
Pulida Varilla laen Mínima Carga ,K S
F
r
2
r
2
K S
F
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 4
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
20 A
´´
MáximaTorsión ,K S
T 2
r2
r2 K S
T 2
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 5
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
21 A
Pulida Varilla laen Potencia ,K S
F
r
3
r
3
K S
F
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 6
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
22 A
Ta Ajuste de Torsión Máxima Para Valores de Wrf/S Kr Diferentes de 0.3
Modo de empleo: Multiplicar % Indicado en la curva por
Por ejemplo:
Ajuste= 3 % por cada 0.1 de Incremento en
Ajuste Total= 3 x 3 %= 9%
Nota: Si
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 7
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
0.600
rK S
rfW
0.300
rK S
Fo , 0.200
No'
N
0.3 de arriba
rK S
rfW
negativo vuelvese ajuste el 0.3 quemenor es
rK S
rfW
0.1
0.3SKr
Wrf
'No
N
rK S
Fo
UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS
23 A
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
FIGURA N° 8
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
APÉNDICE
25
A
EXPLICACIÓN DE LAS DESIGNACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO
Tipo de Unidad
de Bombeo
A – Balanceada
por Aire
C-228D-246-66 Longitud de
Carrera
máxima en
Pulgadas
C – Convencional Clasificación
de Carga de
Varilla
Pulida en
Cientos de
Libras
M – Mark II
Unitorque
Clasificación de
Torque Pico en Miles
de Libras-Pulgadas
D –
Reductor de
Engranaje
de doble
Reducción
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
26
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
ESPECIFICACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO CONVENCIONALES
UNIDAD
C-1824D-365-192
C-1280D-365-192
C-912D-365-192
C-912D-305-192 C-912D-365-168
C-640D-365-168
C-912D-305-168
C-640D-305-168
C-456D-305-168
C-912D-427-144 C-912D-365-144
C-640D-365-144
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO; lbs 36,500 30,500 36,500 30,500 42,700 36,500
LONGITUDES DE
CARRERA; plg 192,168,145,124 192,168,145,124 168,145,124 168,145,124 144,124,106 144,124,106
BALANCÍN 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs
COLGADOR DE CABLE
DE ALAMBRE 1
3/8” X 16” CTRS
1 ¼” X 16”
CTRS
1 3/8” X 16”
CTRS
1 ¼” X 16”
CTRS
1 3/8” X 16”
CTRS 1
3/8” X 16” CTRS
MANIVELAS 106110C 106110C 94110C 94110C 94110C 94110C
COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC
COJINETE IGUALADOR OR OR OR OR OR OR
COJINETE CENTRAL OTGA OTGA OTGA OTGA OTGA OTGA
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 1
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
27
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD
C-640D-305-144
C-456D-305-144
C-640D-256-144
C-456D-256-144
C-320D-256-144
C-640D-365-120
C-456D-365-120
C-640D-305-120
C-456D-365-120
C-456D-256-120
C-320D-256-120
C-456D-213-120
C-320D-213-120
C-228D-213-120
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO;
lbs
30,500 25,600 36,500 30,500 25,600 21,300
LONGITUDES DE
CARRERA; plg
144,124,106 144,124,106 120,105,90 120,102,85 120,102,85 120,102,85
BALANCÍN 30” X 173 lbs 30” X 173 lbs 30” X 173 lbs 27” x 173 lbs 27” x 173 lbs 27” x 173 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE ALAMBRE
1 ¼” x 16”
CTRS
1 ¼” x 16”
CTRS
1 3/8” x 12”
CTRS
1 ¼” x 12”
CTRS
1 1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS
MANIVELAS 94110C 94110C 94110C 8495C 8495C 8495C
COJINETE DEL
MUÑÓN
1 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC
COJINETE
IGUALADOR
OR OR OR OR OR OR
COJINETE CENTRAL 1TGA 1TGA 0TGA 1TGA 2TGA 2TGA
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 1 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
28
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD C-320D-305-100 C-456D-256-100
C-320D-256-100 C-228D-213-100
C-228D-173-100
C-160D-173-100
C-320D-246-86
C-228D-246-86
CAPACIDAD
DEL VÁSTAGO
PULIDO; lbs
30,500 25,600 21,300 17,300 24,600
LONGITUDES
DE CARRERA;
plg
100,85,70 100,85,70 100,86,73 100,86,73 86,74,61
BALANCÍN 27” X 146 lbs 27” X 146 lbs 24” x 117 lbs 24” x 104 lbs 24” x 117 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE
ALAMBRE
1 ¼” x 12” CTRS 1 1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS
MANIVELAS 8495C 8495C 7478C 7478C 8495C
COJINETE DEL
MUÑÓN 2 SC 2 SC 2 SC 3 SD 3 SD
COJINETE
IGUALADOR 1R 1R 1R 2RA 2RA
COJINETE
CENTRAL 2TGB 2TGB 2TGB 2TGB 2TGB
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 1 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
29
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD C-320D-213-86
C-228D-213-86 C-160D-173-86 C-114D-119-86 C-320D-246-74
C-228D-200-74
C-160D-200-74
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO
PULIDO; lbs
21,300 17,300 11,900 24,600 20,000
LONGITUDES DE
CARRERA;
plg
86,74,62 86,74,62 86,72,59 74,64,54 74,64,54
BALANCÍN 24” x 104 lbs 24” x 104 lbs 24” x 84 lbs 24” x 104 lbs 24” x 94 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE
ALAMBRE
1 1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 12” CTRS 1
1/8” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS
MANIVELAS 7478C 7478C 6468C 7478C 7478C
COJINETE DEL
MUÑÓN 3 SD 3 SD 4 SD 3 SD 3 SD
COJINETE
IGUALADOR 2RA 2RA 3R 2RA 2RA
COJINETE
CENTRAL 2TGB 2TGB 4TGA 2TGB 2TGB
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 1 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
30
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
CONRABALANCEO DE UNIDADES CONVENCIONALES
UNIDAD C-228D-173-74
C-160D-173-74
C-160D-143-74
C-114D-143-74
C-160D-173-64
C-114D-173-64
C-160D-143-64
C-114D-143-64 C-80D-119-64
CAPACIDAD
DEL VÁSTAGO
PULIDO; lbs
17,300 14,300 17,300 14,300 11,900
LONGITUDES
DE CARRERA;
plg
74,62,51 74,62,51 64,54,44 64,52,40 64,53,42
BALANCÍN 24” x 84 lbs 24” x 84 lbs 24” x 84 lbs 18” x 71 lbs 18” x 60 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE
ALAMBRE
1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS
MANIVELAS 6468C 6468C 6468C 5456C 4058C
COJINETE DEL
MUÑÓN 3 SD 4 SD 4 SD 4 SD 5 SA
COJINETE
IGUALADOR 2RA 3R 3R 3R 4R
COJINETE
CENTRAL 2TGB 4TGA 4TGA 4TGA 4TGA
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 2
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
31
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD C-114D-173-54 C-114D-133-54
C-80D-133-54 C-80D-119-54 C-57D-76-54 C-80D-133-48
CAPACIDAD
DEL VÁSTAGO
PULIDO; lbs
17,300 13,300 11,900 7,600 13,300
LONGITUDES
DE CARRERA;
plg
54,44,34 54,45,36 54,45,36 54,41,28 48,40,32
BALANCÍN 18” x 71 lbs 18” x 60 lbs 18” x 60 lbs 16” x 36 lbs 16” x 57 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE
ALAMBRE
1” x 9” CTRS 7/8” X 9”CTRS
7/8” X 9”CTRS ¾” X 9” CTRS ¾” X 9” CTRS
MANIVELAS 5456C 4850C 4850C 4246C 4850C
COJINETE DEL
MUÑÓN 4 SD 5 SA 5 SA 5 SA 5 SA
COJINETE
IGUALADOR 3R 4R 4R 5R 4R
COJINETE
CENTRAL 4TGA 4TGA 4TGA 5C 4TGA
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 2 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
32
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD C-80D-109-48
C-57D-109-48 C-57D-95-48 C-40D-76-48
C-57D-89-42
C-40D-89-42
C-57D-76-42
C-40D-76-42
CAPACIDAD
DEL VÁSTAGO
PULIDO; lbs
10,900 9,500 7,600 8,900 7,600
LONGITUDES
DE CARRERA;
plg
48,37,25 48,37,25 48,37,27 42,33,23 42,33,23
BALANCÍN 16” X 45 lbs 16” X 45 lbs 16” X 36 lbs 16” X 36 lbs 16” X 36 lbs
COLGADOR DE
CABLE DE
ALAMBRE
7/8” X 9”CTRS
7/8” X 9”CTRS
7/8” X 9”CTRS ¾” x 6 ½” CTRS ¾” x 6 ½” CTRS
MANIVELAS 4246B 4246B 3644B 3644B 3644B
COJINETE DEL
MUÑÓN 5 SA 5 SA 6 6 6
COJINETE
IGUALADOR 5R 5R 7R 7R 7F
COJINETE
CENTRAL 5C 5C 6CA 6CA 6CA
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 2 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
33
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
CONTRABALANCEO DE UNIDADES CONVENCIONALES
UNIDAD C-1324D-365-192
C-1280D-365-192
C-912D-365-192
C-912D-305-192
C-912D-365-168
C-912D-305-168
C-640D-365-168
C-640D-305-168
C-456D-305-168
C-912D-427-144
C-912D-365-144
A-640D-365-144
C-640D-305-144
C-456D-305-144
C-640D-256-144
C-456D-256-144
C-320D-256-144
C-640D-365-120
C-456D-365-120
C-640D-305-120
C-456D-305-120
CARRERA; PLG 192 192 168 144 144 144 120 120
DESEQUIL.
ESTRUCTURAL -1,985 LBS -1,800 LBS -1,500 LBS -650 LBS -520 LBS -400 LBS +570 LBS -120 LBS
MANIVELAS 106110C 106110C 94110C 94110C 94110C 94110C 94110C 8495C
CONTRABAL.
MANIVELAS 3,215 3,400 4,360 6,190 6,360 6,480 8,670 5.570
4 CONTRAPESOS
No. 00R0L 19,970 20,155
4 PESOS AUXIL.
No. 00SL 24,915 25,100
8 PESOS AUXIL.
No. 00SL 29,860 30,045
4 CONTRAPESOS
No. 00R0 16,535 16,720 19,370 23,710 23,970 29,415
4 PESOS AUXIL.
No. 00S 20,555 20,740 23,900 28,995 35,670
8 PESOS AUXIL.
No. 00S 24,575 24,760 28,430 34,285
4 CONTRAPESOS
No. 0R0 14,835 15,020 17,455 21,475 21,475 21,485 26,765 20.430
4 PESOS AUXIL.
No. 0S 18,695 18,880 21,805 26,550 26,825 32,775 25.365
8 PESOS AUXIL.
No. 0S 22,555 22,740 26,150 31,625
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
34
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
4 CONTRAPESOS
No. 0AR0 13,045 13,230 15,440 19,125 19,360 19,480 23,980 18.305
4 PESOS AUXIL.
No. 0AS 16,090 16,275 18,870 23,130 23,385 23,505 28,725 22.250
8 PESOS AUXIL.
No. 0AS 19,135 19,320 22,300 27,130 27,410 33,465 26.190
4 CONTRAPESOS
No. 1RO 10,865 11,050 12,980 16,250 16,470 16,590 20,580 15.505
4 PESOS AUXIL.
No. 1S 13,215 13,400 15,630 19,345 19,580 19,700 24,240 18.555
8 PESOS AUXIL.
No. 1S 15,565 15,750 18,280 22,435 22,690 22,810 27,905 21.610
4 CONTRAPESOS
No. 2RO 9,580 9,765 11,535 14,565 14,775 14,895 18,585 13.845
4 PESOS AUXIL.
No. 2S 11,860 12,045 14,105 17,565 17,790 17,910 22,135 16.810
8 PESOS AUXIL.
No. 2S 14,140 14,325 16,675 20,565 20,810 20,930 25,690 19.770
4 CONTRAPESOS
No. 3CRO 8,340 8,525 10,135 12,935 13,135 13,255 16,650 12.285
4 PESOS AUXIL.
No. 3RS 10,550 10,735 12,625 15,840 16,055 16,175 20,095 15.175
8 PESOS AUXIL.
No. 3RS 12,760 12,945 15,115 18,745 18,980 18,100 25,535 18.070
4 CONTRAPESOS
No. 5ARO 8,505 11,025 11,200 11,340 14,395 10.475
4 PESOS AUXIL.
No. 5A 10,165 12,965 13,165 13,285 16,690 12.445
8 PESOS AUXIL.
No. 5A 11,825 14,905 15,115 15,235 18,985 14.410
8 PESOS AUXIL.
No. 5C 10,465 13,315 13,520 13,640 17,105 12.755
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
35
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD
C-320D-246-74
C-228D-200-74
C-160D-200-74
C-228D-173-74
C-160D-173-74
C-160D-143-74
C-114D-143-74
C-160D-173-64
C-114D-173-64
C-160D-143-64
C-114D-143-64 C-80D-119-64 C-114D-173-64
C-114D-133-54
C-80D-133-54
CARRERA; PLG 74 74 74 64 64 64 54 54
DESEQUIL.
ESTRUCTURAL + 800 LBS + 450 LBS + 300 LBS + 550 LBS + 360 LBS 0 LBS + 500 LBS + 330 LBS
MANIVELAS 7478C 6468C 6468C 6468C 5456C 4850C 5456C 4850B
CONTRABAL.
MANIVELAS 5,960 4,235 4,090 4,880 2,665 2,155 3,190 2,845
4 CONTRAPESOS
No. 2R0 15,870
4 PESOS AUXIL.
No. 2S 19,425
4 CONTRAPESOS
No. 3CR0 14,110 11,005 10,870 12,630 8,605 10,115
4 PESOS AUXIL.
No. 3RS 17,625 13,925 13,790 15,965 11,165 13,105
8 PESOS AUXIL.
No. 3RS 21,140 16,840 13,725 16,090
4 CONTRAPESOS
No. 5ARO 12,025 9,360 9,220 10,745 7,290 6,120 8,585 7,470
4 PESOS AUXIL.
No. 5A 14,460 11,410 11,275 13,090 9,145 7,74 10,475 9,360
8 PESOS AUXIL.
No. 5A 16,890 13,465 13,330 15,440 10,995 12,910 11,250
4 CONTRAPESOS
No. 5CRO 10,445 8,040 7,900 9,235 6,120 5,135 7,220 6,320
4 PESOS AUXIL.
No. 5C 12,660 9,915 9,780 11,380 7,830 6,610 9,210 8,040
8 PESOS AUXIL.
No. 5C 14,880 11,795 11,660 13,530 9,535 11,205 9,760
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 3 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
36
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
ESPECIFICACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO MARK II
UNIDAD M-1824D-427-216
M-1280D-427-216 M-912D-365-216 M-912D-305-216
M-1280D-427-192
M-912D-427-192
M-912D-305-192
M-640D-305-192
M-456D-305-192
M-912D-365-168
M-640D-365-168
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO; lbs 42,700 36,500 30,500 42,700 30,500 36,500
LONGITUDES DE
CARRERA; PLG 216,192,167 216,191,167 216,192,167 192,168,144 192,167,144 168,149,130
BALANCÍN 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 104 LBS
COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC
COJINETE CENTRAL P 19 P 19 P 19 P 19 P 19 P 18
COJINETE IGUALADOR C 232 C 232 C 232 C 232 C 232 C 22 C
COLGADOR DE CABLE
DE ALAMBRE 1
3/8” X 16” Ctrs 1
3/8” X 16” Ctrs 1
3/8” X 16” Ctrs 1
3/8” X 16” Ctrs 1
3/8” X 16” Ctrs 1
3/8” X 12” Ctrs
MANIVELAS 216130 MRO 216130 MRO 216130 MRO 192130 MRO 192130 MRO 168108 MRO
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 4
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
37
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD M-912D-305-168
M-640D-305-168
M-456D-305-168
M-912D-365-144
M-640D-365-144
M-456D-365-144
M-912D-305-144
M-640D-305-144
M-456D-305-144
M-640D-246-144
M-456D-246-144
M-320D-246-144
M-456D-365-120
M-640D-305-120
M-456D-305-120
M-320D-305-120
M-456D-256-120
M-320D-256-120
M-228D-256-120
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO; lbs 30,500 36,500 30,500 25,600 36,500 30,500 25,600
LONGITUDES DE
CARRERA; PLG 168,149,130 144,128,112 144,128,112 144,128,112 120,104,88 120,104,88 120,104,88
BALANCÍN 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS
COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC
COJINETE CENTRAL P 18 P 18 P 18 P 18 P 18 P 18 P 18
COJINETE IGUALADOR C 22 C C 232 C 22 C C 22 C C 232 C 22 C C 22 C
COLGADOR DE CABLE
DE ALAMBRE 1
1/4” x 12” Ctrs 1
3/8” x 12” Ctrs 1
1/4” x 12” Ctrs 1
1/8” x 9” Ctrs 1
3/8” x 12” Ctrs 1
1/4” x 12” Ctrs 1
1/8” x 9” Ctrs
MANIVELAS 168108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 120108 MR 120108 MR 120108 MR
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FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA
TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 4 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
38
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD
M-320D-213-120
M-228D-213-120
M-320D-305-100
M-320D-256-100
M-228D-256-100
M-228D-173-100 M-228D-246-86 M-228D-213-86
M-160D-213-86 M-160D-173-86
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO; lbs 21,300 36,500 25,600 17,300 24,600 21,300 17,300
LONGITUDES DE
CARRERA; PLG 120,104,88 100,84,68 100,84,68 100,84,68 86,72.4,58.6 86,72.4,58.6 86,72.4,58.6
BALANCÍN 21” X 62 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS 16” X 57 LBS 16” X 57 LBS 16” X 45 LBS 16” X 45 LBS
COJINETE DEL MUÑÓN 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC
COJINETE CENTRAL P 18 P 18 P 18 P 16 P 16 P 16 P 13
COJINETE IGUALADOR C 22 C C 22 C C 22 C C 19 C 20 N C 20 N C 18 N
COLGADOR DE CABLE
DE ALAMBRE 1
1/8” x 9” Ctrs 1
1/4” x 12” Ctrs 1
1/8” x 9” Ctrs 1
1/8” x 9” Ctrs 1
1/8” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs
MANIVELAS 120108 MRO 100108 MR 100108 MR 100108 MR 8686 MR 8686 MR 8686 MR
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 4 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
39
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD M-114D-143-86 M-228D-200-74
M-160D-200-74
M-228D-173-74
M-160D-173-74
M-114D-173-74
M-114D-143-74 M-114D-173-64 M-114D-143-64
CAPACIDAD DEL
VÁSTAGO PULIDO; lbs 14,300 20,000 17,300 14,300 17,300 14,300
LONGITUDES DE
CARRERA; PLG 86,74,62 74,60.4,46.8 74,60.4,46.8 74,60,46 64,52,40 64,52,40
BALANCÍN 14” x 34 LBS 16” x 45 LBS 16” x 45 LBS 14” x 34 LBS 14” x 34 LBS 14” x 34 LBS
COJINETE DEL MUÑÓN 4 SD 2 SC 2 SC 4 SD 3 SD 4 SD
COJINETE CENTRAL P 13 P 16 P 13 P 13 P 13 P 13
COJINETE IGUALADOR C 18 N C 20 N C 18 N C 18 N C 18 N C 18 N
COLGADOR DE CABLE
DE ALAMBRE 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs
MANIVELAS 8662 MR 7486 MR 7486 MR 7462 MR 6462 MR 6462 MR
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 4 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
40
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
CONTRABALANCEO DE UNIDADES MARK II
UNIDAD M-1280D-427-216
M-912D-305-216
M1280D-427-192
M-912D-305-192
M-640D-305-192
M-456D-305-192
M-912D-365-168
M-912D-305-168
M-640D-305-168
M-456D-305-168
M-912D-365-144
M-640D-365-144
M-456D-365-144
M-912D-305-144
M-640D-305-144
M-456D-305-144
M-640D-256-144
M-456D-256-144
M-320D-256-144
EMBOLADA 216” 192” 168” 168” 144” 144” 144”
DESEQUIL.
DE
ESTRUCTUR
A
-7,450 Lbs. -7,160 Lbs. -5,385 Lbs. -4,860 Lbs. -4,680 Lbs. - 4,300 Lbs. - 4,010 Lbs.
MANIVELAS 216130 MRO 192130 MRO 168108 MRO 168108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 144108 MRO
Contrap.
Manivelas
Solas
1,930 3,415 490 1,015 3,130 3,515 3,805
4 contrapesos
No. 130R0 21,775 25,010
4 contrapesos
No. 130D 32,785 36,995
4 contrapesos
No. 00R0 18,140 21,060 16,140 16,665 21,835 22,220 22,510
4 pesos Aux.
No. 00S 23,030 26,380 20,860 21,390 27,480 27,865
8 Pesos Aux.
No. 00S 27,920 31,705 25,585 26,110 33,125
4 contrapesos
No. 0R0 16,070 18,805 14,140 14,665 19,450 19,830 20,120
4 pesos Aux.
No. 0S 20,765 23,915 18,675 19,200 24,865 25,250
4 pesos Aux.
No. 1S 13,890 16,435 12,225 12,750 17,160 17,540 17,830
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 5
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
41
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
8 pesos Aux.
No. 1S 16,705 19,500 14,985 15,510 20,460 20,840 21,130
4 contrapesos
No. 2R0 9,525 11,680 7,960 8,485 12,055 12,440 12,730
4 pesos Aux.
No. 2S 12,245 14,645 10,635 11,160 15,255 15,640 15,930
8 pesos Aux.
No. 2S 14,970 17,605 13,310 13,835 18,455 18,840 19,125
4 contrapesos
No. 3CR0 8,000 10,025 6,505 7,030 10,320 10,705 10,990
4 pesos Aux.
No. 3BS 10,620 12,875 9,100 9,620 13,420 13,800 14,090
8 pesos Aux.
No 3S 13,240 15,725 11,695 12,210 16,520 16,895 17,190
4 contrapesos
No. 5AR0 6,285 8,106 4,850 5,375 8,345 8,725 9,015
4 pesos Aux.
No. 5ª 8,040 10,070 6,110 7,135 10,450 10,830 11,120
8 pesos Aux:
No. 5A 9,795 11,980 7,370 8,895 12,555 12,935 13,225
4 contrapesos
No. 5CR0 5,120 6,890 3,695 4,220 6,960 7,345 7,635
4 pesos Aux.
No. 5C 6,700 8,610 5,280 5,805 8,855 9,240 9,525
8 pesos Aux.
No. 5C 8,280 10,325 6,860 47,385 10,745 11,125 11,415
4 contrapesos
No. 6R0 4,390 6,106 2,970 3,495 6,095 6,480 6,770
4 pesos Aux.
No. 6 5,320 7,110 3,905 4,430 7,215 7,600 7,890
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
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42
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
CUADRO DE CLASIFICACIONES DE UNIDADES AEROBALANCEADAS
UNIDAD
Clase
de carga
del
vástago
Longitud de
la carrera
pulgadas
Diám.
del
pistón,
Plg.
Tamaño del
balancín
Cable de
alambre,
diámetro
y centros
Tamaños de poleas
flotantes, pg
Cojinetes
Muñón Igual
ador
Poste
maestro
Tanque
de aire
A-2560D-470-240 47,000 240-200 14 ½ 36 x16 ½ @ 245 # 1 3/8” x
16” 68” (16D) OT E32 P19 334
A-1824D-470-240 “ 240-200 “ “ “ 40,46,51,55,68 (11D) “ E26 “ “
A-1824D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “
A-1824D-427-192 “ 192-168-144 “ “ “ “ “ “ “ “
A-1280D-470-240 47,000 240-200 “ 36 x16 ½ @ 245 # “ 40,46,51,55,68 (10D) “ “ “ “
A-1280D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “
A-1280D-427-192 “ 192-168-144 “ “ “ “ “ “ “ “
A-1280D-305-168 30,500 168-141-118 13 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ 232
A-912D-470-240 47,000 240-200 14 ½ 36 x16 ½ @ 245 # “ 28,34,40,46,51 (8D) “ “ “ 334
A-912D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “
A-912D-427-192 “ 192-68-144 “ “ “ “ “ “ “ “
A-912D-305-168 30,500 168-141-118 13 27 x 14 @ 146# “ 28,34,40,46,51 (7D) “ “ “ 232
A-912D-427-144 42,700 144-120-100 “ 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ “
A-640D-305-168 30,500 168-141-118 “ 27 x 14 @ 146# “ 28,34,40,46,51 (6D) “ “ “ “
A-640D-427-144 42,700 140-120-100 “ 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ “
A-640D-305-144 30,500 “ 12 27 x 14 @ 146# 1 ¼” x 12” “ “ “ P18 326
A-640D-365-120 36,500 120-100-86 “ “ “ “ “ “ “ “
A-456D-305-144 30,500 144-120-100 “ “ “ 28,34,40,46,51 (6D o 8C) “ “ “ “
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 6
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
43
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
A-456D-365-120 36,500 120-100-86 “ “ “ “ “ “ “ “
A-456D-256-120 25,600 120-104-90 11 24 x 12 ¾ @ 104# “ “ “ “ “ 324
A-320D-256-120 “ “ “ “ “ 25,30,36,41¼ (6C o 5D) 2T E22 “ “
A-320D-305-100 30,500 100-86-74 “ “ “ “ “ “ “ “
A-228D-173-100 17,300 “ 10 21 x 12 @ 101# 11/8” x 12” 24½ , 30,36,41½(5Co4D) “ “ P17 322
A-228D-246-86 24,600 76-74-64 “ “ “ “ “ “ “ “
A-160D-200-74 20,000 74-64-54 “ 18 x 11 @ 76# “ 24¼,29¼,33¼,38 (4Co3D) 3TA E19 P16 “
A-114D-173-64 17,300 64-54 “ 16 x 8 ½ @ 67# 1” x 9” 19¼,24,33 ¼ (3C) “ E18 “ 318
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TABLA N° 6 CONTINUACIÓN
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44
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
UNIDAD *Presión promedio, lbs/plg
2 mang.
150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 410
A-2560D-470-220
A-1824D-470-240
A-1280D-470-240
A-912D-470-240
2,870 5,740 8,610 11,480 14,350 17,220 20,090 22,960 25,830 28,700 29,850
A-1824D-427-216
A-1280D-427-216
A-912D-427-216
920 3,220 5,520 7,820 10,120 12,420 14,720 17,020 19,320 21,620 23,920 24,830
A-1824D-427-192
A-1280D-427-192
A-912D-427-192
3,905 6,475 9,045 11,615 14,185 16,755 19,325 21,895 24,465 27,035 29,605 30,635
A-1280D-305-168
A-912D-305-168
A-640D-305-168
2,810 4,700 6,585 8,475 10,365 12,250 14,140 16,030 17,915 19,805 21,695 22,450
A-912D-427-144
A-640D-427-144 5,240 7,420 9,605 11,785 13,970 16,150 18,335 20,515 22,700 24,880 27,065 27,935
A-640D-305-144
A-456D-305-144 3,520 5,125 6,725 8,330 9,935 11,540 13,145 14,475 16,530 17,955 19,560 20,200
A-640D-365-120
A-456D-365-120 4,725 6,630 8,535 10,440 12,345 14,250 16,155 18,060 19,965 21,870 23,775 24535
A-456D-256-120
A-320D-256-120 4,035 5,415 6,795 8,175 9,560 10,940 12,320 13,700 15,085 16,465 17,845 18,400
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TABLA N° 7
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE
45
* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN
A
A-320D-305-100 4,855 6,495 8,135 9,775 11,415 13,055 14,695 16,335 17,975 19,615 21,255 21,910
A-228D-173-100 2,925 4,060 5,195 6,335 7,470 8,610 9,745 10,885 12,02 13,610 14,295 14,750
A-228D-246-86 4,045 5,355 6,670 7,890 9,295 10,605 11,920 13,230 14,545 15,855 17,710 17,695
A-160D-200-74 4,410 5,680 6,945 8,215 9,480 10,750 12,015 13,285 14,550 15,820 17,085 17,595
A-114D-173-64 2,760 3,550 4,345 5,135 5,930 6,720 7,515 8,305 9,100 9,890 10,685 11,000
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TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO
TABLA N° 7 CONTINUACIÓN
JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD VERACRUZANA BIBLIOGRAF´ÍA
BIBLIOGRAFÍA
PRODUCCIÓN DE POZOS II
Autor: Díaz Zertuche Héctor
Facultad de Ingeniería UNAM
México 1986
LUFKIN INDUSTRIES INC.
Unidades de Bombeo Mecánico
Catálogo Lufkin
Texas 1991
OPERACIÓN DE BOMBEO MECÁNICO, Sistemas Artificiales
Autor: Díaz Zertuche Héctor
Facultad de Ingeniería UNAM
México 1988
OPERACIÓN DE BOMBEO MECÁNICO
Hernández Cortés Mario Arturo
Proyecto Elaboración de Manuales
México 2000
Tomo I y II
MANUAL DE BOMBEO MECÁNICO, Unidad Hidroneumática
OilPatch Enterprises International S.A. de C.V.
1996
MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA
Autor: Robert L. Mott
Editorial: Pearson
4ª Edición
API RECOMMENDED PRACTICE FOR DESING CALCULATIONS FOR
SUCKER ROD SYSTEMS (CONVENTIONAL UNITS), METOD API RP 11L
American Petroleum Institute
Third Edition
Texas 1977
CATÁLOGO GENERAL TRICO, INC.
Texas