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DINAMÓMETROS Y DINAGRAMAS (CARTAS
DINAMOMÉTRICAS)
Capítulo 3
3.1 DINAMÓMETROS
Los dinamómetros son
instrumentos para medir una
fuerza.
En la industria petrolera se han
empleado por más de 80 años para
medir las fuerzas en la barra
pulida.
Fig. 3.1 Dinamómetro
instalado en bombeo
mecánico
Se puede decir también que los dinamómetros
son dispositivos mecánicos o eléctricos, que
registran en forma continua la carga del pozo
impuesta en la barra pulida con respecto a la
posición de esta última.
3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS DINAMÓMETROS
• Dinamómetros electrónicos
• Dinamómetros hidráulicos
• Dinamómetros mecánicos
a) Desde el punto de vista de su fabricación
Dinamómetros electrónicos
Consiste en un medidor electrónico de cargas yde un medidor de desplazamiento, los cualesestán conectados a dos canales de unamplificador electrónico que registra las cargas odesplazamiento en una carta durante todo unciclo de bombeo.
Los datos obtenidos son sometidos a un estudiomatemático con computadora electrónica, quepermite calcular las verdaderas condiciones en elfondo de pozo
Dinamómetros electrónicos
Fig. 3.2 Dinamómetro eléctrico
Dinamómetros hidráulicos
Es un aparato que mide las cargas sobreel vástago pulido (varilla) con presiónhidráulica y puede ser instaladorápidamente en cada pozo sin necesidadde detener su marcha, de manera talque la bomba de profundidad noprovoque alteraciones en lascondiciones de trabajo.
Este dinamómetro es un registro de cargas yposiciones.El más conocido es el dinamómetro Leuter.
Fig. 3.3 Dinamómetro
hidráulico
Dinamómetros mecánicos
Es un instrumento que registra la deflexión de unanillo de acero, debido a las cargas en la varillapulida. La deflexión del anillo es proporcional ala carga, la cual se registra en un tambor pormedio de una plumilla que construye un gráficosobre papel (dinagrama o carta dinamométrica).
El más comúnmente usado es el dinamómetroJohnson-Fagg.
Este tipo de dinamómetro, mideel efecto de contrabalance en elvástago pulido, indica cuando laválvula viajera abre durante lacarrera descendente, da unaindicación del peso del fluido, laestabilidad de operación debombeo registrado, así comotambién las cargas innecesariasque son las causa de numerosasfallas mecánicas.
Fig. 3.4 Dinamómetro mecánico
• Analógicos compactos
• Digitales modulares
• Digitales compactos
b) Desde el punto de vista de su tecnología
(Johnson Fagg y Leuter)
(Echometer)
(Dyno T1)
Los mas usados:
(Videos)
3.3 CARTAS DINAMOMÉTRICAS
El dinamómetro registra un diagrama de cargas(carta dinamométrica o dinagrama) en el vástagopulido, así como de su recorrido, ya que no se tratade un movimiento uniforme.
Los caminos recorridos por el vástago pulido en launidad de tiempo son distintos, así, en el puntomuerto superior e inferior, la velocidad es igual acero, siendo la máxima en la mitad de la carrera.
El dinamómetro no solo mide las cargas estáticas,sino también, los esfuerzos dinámicos que puedenaparecer en el ciclo de bombeo.
Representa la medición de las cargas en las varillasde bombeo en distintas posiciones a lo largo de unciclo completo de bombeo. Las cargasgeneralmente son representadas en Libras y eldesplazamiento en pulgadas.
Tipos de cartas dinamométricas
a) Carta dinamométrica de superficie:
Representa las cargas calculadas en distintasposiciones de la bomba a lo largo de un ciclo debombeo y representa las cargas que la bombaaplica sobre la parte inferior de la sarta de varillasde bombeo.
a) Carta dinamométrica de la bomba (fondo) :
No es suficiente la interpretación de una carta en
superficie para diagnosticar problemas en la bomba.
Consideraciones para un sistema ideal:
3.4 INTERPRETACIÓN DE LAS CARTAS DINAMOMÉTRICAS
A
B C
D
Desplazamiento, plg
Ca
rga
, lb
s
Fig. 3.5 Carta
dinamométrica Ideal
a) el pozo es bombeado lentamente,b) no existen esfuerzos de vibracionesni de fricción,c) al comienzo de la carreraascendente, la válvula de pie se abrey la válvula viajera se cierrainstantáneamente,
d) al comienzo de la carrera descendente, la válvula de piese cierra y la válvula viajera se abre instantáneamente,e) la longitud de las varillas no varían debido a latransferencia de carga del fluido.
A
B C
D
Desplazamiento, plg
Ca
rga
, lb
s
Fig. 3.5 Carta
dinamométrica Ideal
AB: Carrera ascendente, la carga en el vástago pulido es debida a lacarga del fluido más el peso de las varillas en el fluido
Eje vertical: carga en el vástago pulidoEje horizontal: longitud de la carrera
(deflexión)
BC: Final de la carrera ascendente, la carga es transferidainmediatamente a la válvula pie
CD: Carrera descendente, la carga en el vástago pulido se debe soloal peso de las varillas en el fluido
DA: Final de la carrera descendente, la carga es transferidainmediatamente a la válvula viajera
En el punto 1 el vástago pulido ha terminado la carreraascendente, en ese momento la válvula viajera cierra y el vástagopulido comienza a ascender, por lo que la carga aumenta (1-2).
Análisis de las cargas en un ciclo de bombeo típico:
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
Fig. 3.6 Ciclo de Bombeo
vástago pulidoabajo
Válvula viajera cerrando
carrera descendente
carrera ascendente
Desde el punto 2 las varillas sufren una elongación debido a lascargas del fluido, registrándose un decremento de las cargas(2-3).
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
vástago pulidoabajo
válvula viajera cerrando
estiramiento de las varillas
Como las varillas se desplazan hacia arriba, se incrementa lacarga debido a la aceleración, llegando a un punto máximo (4).
varillas y fluidos son levantados
carga máxima
carrera descendente
carrera ascendente
El vástago pulido desacelera, obteniéndose un decremento de lacarga en el vástago (4-5).
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
vástago pulidoabajo
válvula viajera cerrando
estiramiento de las varillas
En el punto (5) la carrera ascendente ha finalizado.
varillas y fluidos son levantados
carga máximabalancín desacelerando
vástago pulido arriba
carrera descendente
carrera ascendente
Entre los puntos (5) y (6), las varillas comienzan a ascender, porlo que hay un inmediato descenso de la carga debido a queexiste una transferencia dela la carga del fluido a la tubería deproducción, lo que significa que la válvula viajera se abrió alcomienzo de la carrera descendente.
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
vástago pulidoabajo
válvula viajera cerrando
estiramiento de las varillas
varillas y fluidos son levantados
carga máximabalancín desacelerando
vástago pulido arriba
válvula de pie tomando sobrecarga
carrera descendente
carrera ascendente
En el punto (6), la válvula de pie ha tomado toda la carga delfluido y hay un marcado decremento de la carga en el vástagopulido.
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
vástago pulidoabajo
válvula viajera cerrando
estiramiento de las varillas
varillas y fluidos son levantados
carga máximabalancín desacelerando
vástago pulido arriba
válvula de pie tomando sobrecarga
válvula de pie tomando toda la carga
El punto (7) representa la carga mínima.
carga mínima
Desde el punto (7) hasta el punto(1), la aceleración decrececomo resultado de un incremento de carga en el vástago pulido.
Balancín desacelerando carrera descendente
carrera ascendente
La línea TV representa la carga en la válvula viajera.
Desplazamiento, plg
Incr
emen
to d
e ca
rga, lb
1
2
3
4
5
67
vástago pulidoabajo
válvula viajera cerrando
estiramiento de las varillas
varillas y fluidos son levantados
carga máximabalancín desacelerando
vástago pulido arriba
válvula de pie tomando sobrecarga
válvula de pie tomando toda la carga
La línea SV representa la carga en la válvula de pie.
carga mínima
La línea CB demuestra que la instalación se encuentracorrectamente contrabalanceada, ya que dicha línea está a igualdistancia entre la carga máxima y mínima.
Balancín desacelerando
TV
CBSV
carrera decendente
carrera ascendente
3.5 PROBLEMAS TÍPICOS EN CARTAS DINAMOMÉTRICAS
En un bombeo ideal, la carta será del tipo rectangular, significaque no representa defectos en las válvulas o interferencia degas, representando un buen llenado de la bomba.
En un bombeo sin problemas, la carta será de tipo rectangularregular con leve inclinación hacia la derecha.
Entre los problemas típicos que se pueden detectar se tiene:
Este tipo de carta muestra solo elpeso de las varillas en el fluido. Lacausa es que la bomba se ha salidode la zapata de anclaje, FIG. 3.7.
a) Bomba desasentada
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.7 Bomba desasentada
(fuera de la zapata de anclaje)
En la FIG. 3.8 se muestra la mismabomba después de asentar labomba y cuando ha recuperado seposición de bombeo.
Car
ga, 1
00
0 lb
sPosición, plg
Fig. 3.8 Después de asentar y
espaciar la bomba
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.9 Bomba bloqueada por
gas
La interferencia de gas influye en ladisminución de la eficienciavolumétrica de la bomba de subsuelo.La base del problema es el exceso degas en la cámara de la bomba, porqueno permite la apertura de ambasválvulas.
b) Bomba bloqueada por gas
La carta se presenta como una elipse semejante a la carta de una bomba desasentada. La base del diagnóstico en este caso es la relación gas-petróleo del pozo, FIG. 3.9.
Este problema puede corregirse empleando un ancla de gas como aparece en la FIG. 3.10.
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
sFig. 3.10 Después de instalar
ancla de gas
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.11 Varillas sueltas
La característica principal de estacarta es la presentación de unespesor mínimo (FIG. 3.11), en estecaso solo se estará midiendo elpeso de las varillas en el fluido.
c) Varillas sueltas o partidas
Este tipo de carta se puede identificar por una disminución decarga en la embolada descendente, en un tiempo muy corto.
Este efecto puede causar fatiga prematura en las varillas,daños en los equipos de superficie, bomba y tubería deproducción.
d) Golpe de fluido
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.12 Golpe de fluido
Se debe al choque del pistón contra elfluido de la bomba durante la carreradescendente, el cual es registradoinmediatamente junto con ladisminución de carga sobre el vástago.
Esta situación se debe a un llenado parcial de la bombadurante la carrera ascendente, dando como resultado la bajaproductividad del pozo o de una entrega restringida en labomba. La corrección de este problema generalmente se basaen la disminución de la embolada, de la velocidad de bombeo,del diámetro de la bomba de subsuelo o con controladores debombeo, FIG. 3. 12.
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.13 Compresión de gas
En este caso se presenta la carta conuna declinación suave en la emboladadescendente. Este problema se originapor la liberación de gas dentro de lacámara de la bomba; su efecto es laembolada efectiva en la bomba, FIG.3.13.
La forma típica de esta carta es elincremento progresivo de cargas (FIG.3.14). Este efecto se genera comoresultado de la deposición de arena en labomba del sistema pistón-barril, creandouna fricción y estiramiento de varillas.
e) Compresión de gas
f) Bomba arenada
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
sFig. 3.14 Boba arenada
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.15 Fuga de la válvula
viajera/pistón
En casos como estos, se puedeidentificar la falla en la válvula viajerapor que la transferencia de carga de latubería a las varillas no se produce alprincipio de la embolada ascendentedel pistón, FIG 3.15.
A fin de determinar este problema, la unidad de bombeo sefrena a los ¾ de la carrera ascendente y el cordón deldinamómetro es movido intermitentemente una vez porsegundo. La línea registrada presenta el peso de las varillasmás el peso del fluido sobre el pistón.
g) Fuga de la válvula viajera
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.16 Válvula fija dañada
Cuando la válvula fija presenta daño alfinal de la carrera ascendente, se abre laválvula viajera y la transferencia de cargade la tubería a las varillas se presenta enforma progresiva, FIG. 3.16.
Al pasar las varillas cerca del final de la carrera descendente, laválvula viajera se encuentra abierta y la de pie cerrada. El cordón deldinamómetro se lo jala rápidamente a intervalos de un segundo y seregistra una línea que representa el peso muerto de las varillas en elfluido.
h) Válvula fija dañada
Si la válvula de pie está operando satisfactoriamente, la línearegistrada estará en el mismo plano vertical, pero, en el casoque exista pérdida, la carga se incrementará ya que existirá unatrasferencia de fluido a la sarta de varillas.
El detalle de este espaciamientodefectuoso se nota por un incrementode la carga al final de la carreraascendente, FIG. 3.17.
Si el pozo produce en forma agitada,las válvulas quedan abiertas en ambasemboladas ya que la presión de fondofluyente mantiene las válvulas fuera desus asientos, FIG. 3. 18.
i) Golpe de pistón al final del ascenso
j) Pozo agitado
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
sFig. 3.18 Pozo agitado
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.17 Golpe de bomba al
final de la carrera ascendente
Posición, plg
Car
ga, 1
00
0 lb
s
Fig. 3.19 Pozo fluyendo
(flumping)
La característica resaltante es que elpozo fluye tanto por la tubería comopor el espacio anular. Esto puedepresentarse en pozos sometidos ainyección de vapor, donde el anularestá conectado a la línea de flujo, FIG.3.19.
k) Pozo fluyendo
3.6 SOFTWARE PARA LA INTERPRETACIÓN DE CARTAS
DINAMOMÉTRICAS
Existen una variedad de programas que permiten el registro e interpretación de las cartas dinamométricas, facilitando el ajuste en los diferentes componentes del sistema de bombeo mecánico.Entre estos se tiene al software DYNOSTAR, el cual se presenta como un ejemplo a continuación:
