Download - Bombas Electrosumergibles
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
1/119
CURSO DCOELECTRO
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
2/119
BombasAplicaciones Generales
Descripcin, capacidad, aplicaciones, nomenclatura.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
3/119
Levantamiento Artificial
El Bombeo Electrocentrfugo es
una de las mayores formas en
levantamiento artificial.
Schlumberger lidera la
tecnologa aplicada a bombeo
electrosumergible.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
4/119
Aplicaciones de los Productos
Schlumberger se especializa en el diseo , fabricacin,
aplicacin, marketing, instalacin, servicios y reparacinde:
Equipos electrosumergibles
Cables de Potencia Sumergibles
Sistemas de alimentacin y control de equiposelectrosumergibles
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
5/119
Dimetros de los Equipos
Schlumberger ofrece un rango de equipamiento paracasing pequeos como 4.5, con producciones bajasdesde los 50 bpd (8 m3) a pozos con caudales arribade 100,000 bpd (15900 m3) en 13 3/8" casing.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
6/119
Equipos Especiales
Dependiendo de las condiciones de aplicacin,
Schlumberger puede ofrecer sistemas de bombeopara temperaturas desde 50 hasta 450 F .
Schlumberger tambin ofrece la mas extensa lnea deequipos de bombeo resistentes a la abrasin ms
fiable en el mercado mundial.
C d l B b
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
7/119
Curva de la Bomba
HP / Stg
Eficiencia
Altura
Rango Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
8/119
Curva de Calentamiento Interior
Discharge Fluid Temp (F)
190,0
200,0
210,0
220,0
230,0
250,0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Flowrate (BPD)
DischargeTe
mperature
(F)
240,0
67 STG JN21000,190F INLET,50% OIL ,50%WTR
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
9/119
Mxima Potencia Disponible (60 Hz)
375 456 540 562 738
0
200
400
600
800
1,000
1,200
Motor Series
6
0HzMaximu
m
Horsepowe
r
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
10/119
Rango de Temperaturas en Motores
Los motores Schlumberger estn construdos en 3 rangos detemperaturas de fondo de pozo, incluso el HOTLINE parabombeo de vapor o bajos caudales:
Standart Intermediate HOTLINE
300F 450F +250F
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
11/119
Bombas ElectrosumergiblesRango de Operacin Recomendado
Definicin, curvas, tipos de bombas ,etapas y
aplicaciones.
Ubi i d l B b
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
12/119
Ubicacin de la Bomba
Bolt on head
Bomba
Intake y/o Separador de gas
E d l B b
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
13/119
Etapa de la Bomba
Et d l B b
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
14/119
La bomba centrfuga est formada por unidadesdenominada etapas.Cada etapa consiste de un impulsor yde un difusor.
Note la direccin del flujo.El impulsor enva aeste afuera y el difusor lo redirecciona haciaarriba.
ifusor de laetapa inferior
Difusor
Impulsor
Flujo Flujo
Etapa de la Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
15/119
Etapa de la Bomba
Cada impulsor toma el fludo eimparte energa cintica, el difusortransforma la energa cintica enenerga potencial
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
16/119
Etapa de la Bomba
El impulsor est adherido al eje y gira con l.El difusor
es estacionario dentro del housing de la bomba. Dependiendo del tipo de etapa,el impulsor tendr
alrededor de 7 a 9 labes los cuales imprimen un
movimiento suave al fludo y este se mueve desde laentrada u ojo del impulsor hasta el exterior delconducto.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
17/119
Vista superior en corte de un impulsor mostrando undesarrollo tpico de las paletas.
Eje
Cubo
Faldon
Direccin
de la
rotacin
Alabes
Pasaje del fludo
Etapa de la Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
18/119
El difusor siempre tiene un nmero diferente de labescomparado con el impulsor.Por qu? Para prevenir vibraciones!!!
Etapa de la Bomba
Etapa de la Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
19/119
Etapa de la Bomba Hay tres TIPOS de IMPULSORES que determinan la cantidad de flujo
disponible para un diseo especfico. La diferencia entre estos tres tipos de diseos es mostrado por los ngulos
de los labes del impulsor y el tamao y forma de los pasajes internos delfludo.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
20/119
Flujo radial (panqueque)
Flujo mixto
Etapa de la Bomba
Flujo axial (propulsor)
Francis
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
21/119
Flujo radial (panqueque)
Flujo mixto
Etapa de la Bomba
Flujo axial (propulsor)
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
22/119
Etapa de la BombaEn los IMPULSORES DE FLUJO RADIAL (llamados panqueques) ,elfludo es obligado a realizar cambios de direccin en formaabrupta y siguiendo ngulos agudos.El grado de cambiodireccional es cercano a los 180.Es este cambio de direccin loque desarrolla la altura o head de la etapa. Los labes formanngulos cercanos a los 90 con el eje.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
23/119
Etapa de la Bomba La energa cintica de un lquido en movimiento en un
determinado punto en un sistema de bombeo tiene comoexpresin matemtica , una frmula desarrollada porHazen-Williams quienes escribieron una de las ms
comunes para caeras de acero lisas.
H = ( V / 2 g)donde : H altura de elevacin, V velocidad en la caera , g aceleracin de la
gravedad ( 32.17 ft/sec/sec)Una buena ingeniera recomienda que hay que tratar la velocidad en la caera
de succin a 3 ft / sec o menos y la velocidad en la descarga mayores que 11ft /sec pueden causar flujo turbulento y/o erosin en el csg de la bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
24/119
Etapa de la Bomba
c1w1 u1
u2
c2
w2
C1=velocidad de entrada del fludo al impulsor
U1= velocidad perifrica
W1=velocidad relativa
IMPULSOR DE FLUJO RADIAL
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
25/119
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIALCuando el fludo entra al labe de la bomba adquiere unavelocidad C1,compuesta por una velocidad perifrica U1 y larelativa W1.Al salir del impulsor ,el fludo,tiene una velocidad relativa que hadisminudo a un valor W2 y la velocidad perifrica que esproporcional al radio del impulsor,ha crecido hasta un valor U2;laresultante de estas dos velocidades es C2 mayor que C1 y estaenerga es transformada en presin en el difusor.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
26/119
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIAL
La ecuacin que resume lo dicho anteriormente es:(P2 P1) = [( c22 c12 ) + ( u22 u12 ) + (w22 w12 ) ] / 2 gLa ecuacin anterior se puede expresar en trminos de ALTURA,si dividimos la diferencia de presiones por la gravedadespecfica del fludo:
(H2
H1
) = (P2
P1
) / == [( c2
2 c12 ) + ( u2
2 u12 ) + (w2
2 w12 ) ] / 2 g
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
27/119
Etapa de la BombaLas ETAPAS de FLUJO MIXTO presentan cambios direccionalesmas suaves y el fluido puede viajar a traves de los impulsores ydifusores con menor restriccin. Debido a esto las etapas sonadecuadas para manejar mayores volumenes de fludo,pero nodesarrollaran gran altura.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
28/119
Etapa de la BombaUn IMPULSOR DE FLUJOMIXTO tiene un labe con unngulo cercano a los 45 conrespecto al eje de la bomba.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
29/119
Las etapas de FLUJO AXIAL tienen un canalmuyempinado para el pasaje del fludo,con una gransimilitud al propulsorde un bote.Dichas etapas
pueden manejar altosvolmenes de fludo perodesarrollan muy pequea altura de elevacin.
Etapa de la Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
30/119
Las etapas con impulsores del tipo FLUJO RADIAL puedenmanejar aproximadamente 10% de gas libre .
Por otro lado las etapas con impulsores del tipo FLUJOMIXTO manejan ms del 20% de gas libre
Etapa de la Bomba
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
31/119
Rango de Operacin Recomendado
Durante el proceso de dimensionar una bomba ,nosotrostratamos que el tamao de esta se encuentre dentro del Rangode Operacin Recomendado ( ROR)
Qu y porqu es tan importante el ROR ?
Rango de Operacin Recomendado
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
32/119
Rango de Operacin Recomendado
Nosotros estamos recomendando un ROR de 6000 BPD a 11000 BPDREDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
R d O i R d d
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
33/119
Observando una Bomba Flotante debemos considerar
primeramente que hace que el EMPUJE sea hacia
arriba o abajo en el interior de la etapa.La mayora de las personas ven en el rango de
operacin de la bomba, una definicin de lmites de
empuje, donde la etapa est en downthrust (empujehacia abajo) o en upthrust (empuje hacia arriba). Si laetapa se encuentra dentro de ROR se piensa que est
balanceada sin someterse a empujes en cualquierdireccin.
Rango de Operacin Recomendado
Rango de Operacin Recomendado
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
34/119
Grficamente a usted le gustara ver esto:
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
Downthrust
Balanced
Upthrust
Rango de Operacin Recomendado
R d O i R d d
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
35/119
Esto es casi siempre errneo.
Rango de Operacin Recomendado
R d O i R d d
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
36/119
Rango de Operacin Recomendado
Antes de preocuparnos demasiado por cuanto empujetenemos ,nosotros necesitamos conocer Qu es el
EMPUJE?.
R d O i R d d
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
37/119
Rango de Operacin Recomendado
Isaac Newton desarroll una ley la cual dice que cualquierobjeto,este en reposo o enmovimiento,permanecer en ese estado a menos que actuesobre el una fuerza externa.
Tambin ,el nuevo movimiento del objeto ser determinadopor la suma de todas las fuerzas actuando sobre el.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
38/119
Empuje del Impulsor
Seccin transversal de un Impulsor
El Impulsor ,tiene tres fuerzas actuando sobre l encualquier discusin de empujes y est relacionado con la
etapa de la bomba:
La suma de estas tres fuerzas es el empuje total.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
39/119
Empuje del ImpulsorSiempre hacia abajoLa gravedad actuando sobre
la masa flotante del impulsor
Hay tres fuerzas que son : The Direction is:
La fuerza neta resultante de la
presin diferencial en la etapa.
La fuerza debida almovimiento del fludo
entrando a la etapa.
Tanto hacia abajo o
cero(cero ocurre en flujoabierto amplio - no
presin).
Tanto hacia arriba o cero(cero ocurre en condiciones
de cierre o no circulacin
de fludo).
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
40/119
Empuje del ImpulsorEl Impulsor tiene una masa sobre la cual acta la gravedad y empuja
a aquel hacia la Tierra.
F=mAdonde A es la aceleracin de la
gravedadF
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
41/119
Empuje del ImpulsorPressure: La presin por el rea es igual a la fuerza( F= PxA). Hay
una fuerza hacia abajo y una fuerza hacia arriba.La fuerza hacia
abajo es siempre mayor excepto cuando: The pump generate
La bomba no genera presin (wide open f low)
An impeller adds pressure to the fluid sothat the pressure on the top side is greater
than the pressure on the bottom side.
Baja Presin
Alta Presin Un impulsor adiciona presin a elfludo de tal modo que la presin en la
parte superior es mayor que lapresin en la parte inferior.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
42/119
Empuje del ImpulsorMomentum:El fludo entrando por la zona inferior del impulsor
es forzado a cambiar de direccin.Este cambio ejerce un
momento que desarrolla una fuerza hacia arriba excepto cuando:No hay flujo ( en un cierre de pozo).
Direccin del flujo de fludo
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
43/119
Empuje del ImpulsorPressure: Las flechas hacia abajo representa un gran fuerza debida a laalta presin.
+ =
La diferencia neta entre la dos fuerzas es el
empuje hacia abajo debida a la presin.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
44/119
Empuje del ImpulsorEn general ,Impulsores de mayor dimetro desarrollarn
mayores empujes hacia abajo que los impulsores de menordimetro para el mismo rango de caudales.
Por qu ?
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
45/119
Empuje del ImpulsorPorque ellos tienen una rea de superficie mayor
sobre la cual la diferencia de presin pueda operar.
Ellos tambin tienen mayor masa.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
46/119
Empuje del ImpulsorEs posible de algn modo afectar el empuje hacia abajo
causado por la presin ?
Qu pasa si reducimos la presin en la parte superior
del impulsor?
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
47/119
Empuje del ImpulsorPressure:Si nosotros pudieramos reducir la presin en la partesuperior del Impulsor como se muestra,esto reducira el empuje.
+ =
Empuje del Impulsor
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
48/119
Cuando la etapa maneja fluidos abrasivos, el desgaste radial se ve muy
acelerado, dependiendo de la calidad y cantidad de la arena o abrasivospresentes. Generalmente el desgaste radial se presenta combinado con el
desgaste por abrasin de las arandelas de empuje y a veces hasta el
desgaste de los faldones de los impulsores y difusores.
En las etapas de flujo mixto se emplea una cmara de equilibrio, queconsiste en un anillo de balance y agujeros de balance, para reducir el
empuje hacia abajo (down-thrust) del impulsor, como se muestra en la
siguiente figura:
Anillo de
Balance
Hueco de
Balance
Fludo de Baja presin
Baja Presin
Alta
Presin
Cada dePresin
Rango de Operacin Recomendado
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
49/119
Caudal en BPD
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
Downthrust
Upthrust
Basado en esta discusin previa, hay una lgica al observar la curva de lasiguiente manera:
Rango de Operacin Recomendado
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
50/119
Sin embargo no todas las etapas entraran en elupthrust.La mayora de las bombas se disean paratrabajar en la parte del downthrust del rango
recomendado.Dependiendo de la etapa, esto puede ser viablede manejar de acuerdo al tipo de flujo de lamisma.
Rango de Operacin Recomendado
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
51/119
Si el diseo de la etapa es de compresin,el empuje no es relevante para determinar elROR.!
g p
Tipos Bsicos de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
52/119
Las bombas Schlumberger se fabrican de 3 tipos bsicos:1)Flotantes - Cada impulsor est libre para moverse hacia arriba y abajo
sobre el eje. (Esto se llama flotar sobre el eje).
2) Compresin - Cada impulsor esta fijo al eje en forma rgida, para queno puedan moverse si no se realiza con el movimiento del eje . Todoslos impulsores son comprimidos conjuntamente para formar un cuerporgido.3) BFL - Las etapas superiores son compresoras y las inferiores sonflotantes. Esto es principalmente para manejar el empuje sobre elcojinete del protector.
Tipos de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
53/119
BFL
Todo elempujeesrecibidoaqui
Empujeceroaqui
Motor
Protector
Pump
Empuje deImpulsores
Flotante
Todoelempujeesrecibidoaqui
Compresin
hrust
MotorThrustBearing
Bombas Flotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
54/119
Por qu usar bombas flotantes?
Porqu Utilizar Bombas Flotantes?
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
55/119
q
Un gran nmero de etapas pueden ser ensambladas sin tener encuenta la capacidad de los cojinetes del protector.Estas etapas tienen buen perfomance en el manejo de abrasivoslivianos, ya que no permiten depositarlos en el rea productiva de lamisma.Estas etapas tienen tolerancias de fabricacin, mas amplios.
Su ensamble en el pozo es mas fcil, ya que no requiere shimming.
Bombas Flotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
56/119
Qu necesitamos nosotros observar para utilizar etapasflotantes?
1) Puede haber lmites en los altos y bajos caudales.
2) Nosotros debemos siempre mirar el empuje del eje.
Empuje del Eje
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
57/119
Nosotros dijimos que los impulsores individualmentemanejaran su propio empuje ,entonces por qudebemos preocuparnos por el empuje del eje?
Empuje del Eje
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
58/119
El empuje total est conformado por doscomponentes:
El empuje del impulsor yel empuje del eje.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
59/119
Empuje del Eje : Bomba BFL En la bomba BFL, no est presente porque el eje essoportado en la bomba.
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
60/119
Empuje del Eje : Bomba de Compresin En la bomba de compresin,nosotros no podemosseparar el empuje del eje y de los impulsores ,porestar ambos rgidamente acoplados juntos
Empuje del Eje : Bomba Flotante
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
61/119
En una bomba flotante ,el impulsor puede moverselibremente en el eje y tiene sentido que el eje puedatambin moverse dentro del impulsor.El extremo superior del eje est expuesto al fludo dedescarga de la bomba ,el cual est a una presinms alta que en la admisin de la misma.La presinactuando en el extremo superior del eje de la bombagenera un empuje hacia abajo.El eje de la bomba tambin tiene una masa de talmodo que la gravedad empujar hacia abajo. EL EMPUJE DEL EJE ES SIEMPRE HACIA ABAJONUNCA ARRIBA.
Empuje del Eje : Bomba Flotante
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
62/119
Recordar que: Fuerza = Presin x AreaLa fuerza debida a el peso del eje usualmente no essignificativo de tal modo que lo ignoraremos por elmomento.
Empuje del Eje : Bomba Flotante
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
63/119
Fuerza = Presin x Area
De tal modo que la presin de descarga de la bombamultiplicada por la seccin transversal del eje nosdar el empuje del eje?NO!
Empuje del Eje : Bomba Flotante
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
64/119
Miremos como es el ensamble entre bomba,protector y motor.
Empuje sobre el Eje en BombasFlotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
65/119
Pi = Presin de Entrada a la BombaPd = Presin de Descarga de laBomba
Pd
Pi
Pi
Pi
Se puede mostrar que todas las presionesse eliminan excepto aquella sobre elextremo del eje.Se puede mostrar tambin queindependientemente de los variosdimetros,couplings,etc.que la fuerza netasobre el eje puede ser calculada por:Fuerza = (Pd-Pi) *Axs
Donde Axs = Seccin transversal delextremo del eje.
Pi
Entradade
fludo a
la
bomba
Impulsores flotantesmoverse en el eje
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
66/119
superior orior.La arandelas de desgaste son provistas en toda superficiepara absorver e
Thrust
ashers
Impulsores flotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
67/119
Las reas azules muestran las arandelas "upthrust" entre elimpulsor y el difusor superior.
Upthrust esabsorvido aqu
Impulsores flotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
68/119
El rea azul muestra el "downthrust" washers entre el impulsory el difusor inferior. Observar que hay mayor rea dedownthrust que de upthrust. Esto es debido el downthrustgeneralmente un valor mximo ms grande.Recordar quenosotros dijimos que muchas etapas nunca estarn encondicin de upthrust.
Downthrustes absorvidoaqu.
Fuerza
Impulsores flotantes
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
69/119
Nosotros tambin dijimos que muchas etapas estn diseadas paraoperar en downthrust.Por qu es esto?La razn es que el impulsor provee un sello sobre el difusorinferior por presionar hacia abajo sobre las arandelas ( washers).Esto evita que los abrasivos generen prdidas dentro de las reasde los cojinetes y los fuerzan a moverse hacia arriba en la bomba.
El sello en estoslugares previenela presencia deabrasivos
Bombas de Compresin
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
70/119
En una bomba de compresin, todos los impulsores sonfijados rgidamente al eje, por lo cual se muevenconjuntamente con el eje hacia arriba y abajo.El impulsor normalmente es seteado hacia abajo sobrelas arandelas de presin inferiores debido a lagravedad. Por lo cual el eje debe ser levantado con losshims en el coupling desde la ltima bomba ensamblada,para no permitir que los impulsores toquen los difusores.Esto es para que todo el empuje desarrollado por lasbombas sea transmitido a travs del eje hacia elcojinete del protector directamente.
Bombas de Compresin
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
71/119
Cuando el impulsor se mueve hacia arriba o abajo,el eje
se mueve con l de tal modo que todo el empuje estaahora en el eje. Este empuje del eje debe ser absorvido
en algun lugar y esto es hecho en el cojinete de empuje
del protector va el eje del protector.El cojinete de empuje del protector puede manejar una
carga mucho mayor que las arandelas de empuje
individuales de la etapa.
Bombas de Compresin
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
72/119
Pero por qu usar una bomba de compresin?
Porqu utilizar Bombas de Compresin?Algunas etapas generan mucho empuje para ser manejado por las
arandelas de downthrust del impulsor
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
73/119
Todos los empujes son finalmente manejados en el protector, solodebemos pensar en un cojinete de gran capacidad, por lo que el rango de
la bomba puede extenderse en un area ms grande incrementando su vida
til.
arandelas de downthrust del impulsor.
Ocasionalmente en los pozos gaseosos, el volmen de fludo cambia
drsticamente dentro de la bomba y en el caso de la etapas flotantespueden ser muy severos para las arandelas de friccin.
Si abrasivos o corrosivos estan presentes, puede ser beneficioso paramanejar el empuje en un rea lubricada por el aceite del motor y no por los
fludos del pozo.
Algunos fludos (propano lquido) no tienen la suficiente lubricacin para
las arandelas del down thrust de la etapa.
Bombas de CompresinSHIMMING o SUPLEMENTACION
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
74/119
SHIMMING o SUPLEMENTACION
SHIMMING DE LAS BOMBAS
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
75/119
SHIMMING DE LAS BOMBAS
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
76/119
O RING
EJE
SHIM
BASE CON BRIDA
CABEZA BOMBA
BOMBA
COUPLING
ESPACIADOR
Bombas "BFL"
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
77/119
Por qu usar una bomba BFL ?
Bombas "BFL(Bottom-Floater)
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
78/119
BFL es un antiguo mtodo para manejar el downthrust.La tecnologa de los cojinetes del protector ha sidomejorada sustancialmente a travs del tiempo,peromuchos aos antes ,los protectores no podan manejar elempuje generado por muchas de las bombas existentesen ese momento.Como resultado de esto ,la construccin BFL fuedesarrollada.
Bombas "BFL"
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
79/119
En la BFL el 40% de los impulsores superiores sonfijados al eje (bomba de compresin) y el eje NO essuplementado (shimmed) durante el armado de labomba.Como resultado de esto,la seccin superior delos impulsores gira sobre las arandelas de empuje delos difusores. Estas arandelas soportan todo el empujede los impulsores fijos como tambin el eje y el empujedel eje es igualmente distribudo sobre las arandelas deempuje. El resto de las etapas son armadas comobomba flotante
Bombas "BFL"
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
80/119
Por qu no ir y fijar todos los impulsores a el eje?Porque la tolerancia del apilamiento hara de estaconstruccin una pesadilla.Si todas las etapas no fueran colocadasexactamente,una o alguna de las etapas manejaran todoel empuje hasta que arandelas de empuje fallaran yentonces el empuje se desplazara un poco msabajo,etc.
Bombas "BFL"
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
81/119
Las bombas BFL estn siendo usadas con gran sucesoen distintas partes del mundo.
HistresisDigamos para una bomba en particular que hay algun punto donde
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
82/119
el impulsor pasa desde el downthrust al upthrust (obalanceado).Para el objeto de esta ilustracin trataremos alImpulsor en rojo y en downthrust y el Impulsor en azul y enupthrust
UpthrustDownthrust
Histresis
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
83/119
Caudal - BPD
Altura en pies
Si nosotros incrementamos el caudal desde izquierda a derecha ,labomba cambiara desde downthrust a upthrust en este punto.
Histresis
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
84/119
Caudal - BPD
Altura en pies
Pero si nosotros disminumos el caudal,el Impulsor no retornar almismo punto.Este lo har pero a un caudal menor.
HistresisDe tal manera habr una histresis entre los puntos de upthrust y down-
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
85/119
Caudal - BPD
Altura en pies
thrust.Es una buena prctica tanto para arrancar un pozo cerrarlototalmente o inclusive cerrarlo brevemente luego del arranque y entoncesabrirlo para un flujo normal asegurndonos que el impulsor est. enposicin downthrust..
HistresisSin embargo antes de cerrar un pozo,debemos ser precavidos que la
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
86/119
Caudal - BPD
Altura en pies
bomba no desarrolle una excesiva ( peligrosa ) presin de descarga
La razn para esta histresis es que estamos cambiando el reaefectiva de la upper y lower shrouds por cambio de la posicin de
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
87/119
el impulsor. Desde que el empuje proviene de la presin por elrea,el cambio en el rea cambia el empuje.
Upthrust areaDownthrust area
Nosotros perdemos eficiencia en la posicin upthrust debido a lacapacidad del fludo a recircular desde la alta a la baja presin porel rea del canal de pasaje de aqul.Adicionalmente se pierde
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
88/119
eficiencia si fludos abrasivos causan erosin en el difusor.
Resumen
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
89/119
Algunos factores determinaran el rango de operacin
recomendado de las bombas. Mientras que el empuje es un
factor, algunas veces no es considerado como tal.
Una razn para restringir el rango de operacin puede ser
tratar de mantener la eficiencia de la bomba.
Para operar fuera del rango, se requiere una bomba y un
motor mas grande, para mover el mismo volmen (con mayorpotencia instalada).
Resumen
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
90/119
Los rangos de operacin de la bomba son testeados porel criterio API.
Curva de Perfomance de una EtapaBomba DN2150 Serie 400 - 3500 RPM
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
91/119
Capacidad Barriles por da150000 2000 3000500000 3500
HPMotorLoadPumpOnlyEFF
HeadFeet
5
10
15
0.25 15
20
25
0.50 30
45
30
0.75
6075
0
Pump O
n lyE ff i
c iency
Pump OnlyLoad
Head Capacity +10%
-10%
+5%
-5%+8%-8%
Curva API de Perfomance de una EtapaLmitesLmites Donde es
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
92/119
no- 10%Eficiencia de la
Bomba
+ 10%+/- 8%HP consumidos
+/- 7.5%+/- 5%Altura deElevacin
Lmites
Bombas Usadas
Lmites
Bombas Nuevas
En el punto deMxima eficiencia
En el ROR
En el ROR
Donde es
aplicable
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
93/119
Para todos los clculos, sta curva puede ser usada comopunto de partida. La curva est basada sobre la perfomancepromedio de bombas actualmente en produccin.Todas las bombas Schlumberger son testeadas antes de serenviadas al pozo. La perfomance de la bomba puede no serexactamente igual a la curva de catlogo, sino que puedeestar dentro de las tolerancias estandar aceptadas segnnormas API.
Resumen
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
94/119
El rango recomendado de operacin no dependenecesariamente del empuje sobre cojinete. El empuje sobre el impulsor es una combinacin de gravedad,presin y velocidad. Las bombas son construdas en 3 tipos: compreson, BFL y
flotantes. El empuje es manejado en forma diferente para cada tipo de
bomba. Los empujes de las bombas nunca pueden ser ignorados.
S hl b
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
95/119
Las bombas Schlumberger son fabricadas en diferentesconfiguraciones. Muchas bombas (especialmente lasdimetros pequeos), son fabricadas como center tandem(o CT).
Otros tipos de bombas, son las "upper tandems" (UT), "lowertandems" (LT) y simples" (S).La diferencia en la construccin no est en los tipos deetapas, sino depende de la utilidad de sus extremos.
Aplicaciones de Bombas
Una bomba Simple tiene la Una bomba "upper tandem"
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
96/119
Una bomba Simple tiene laadmisin y la cabeza de
descarga integrada a su
cuerpo, por lo que otras
bombas no pueden ser
ensambladas a ella.
Una bomba upper tandem
tiene la descarga integrada a
su cuerpo, no as la admisin.
Puede ser acoplado otrabomba y/o una admisin en la
parte inferior.Una bomba "center tandem" no
tiene admisin o cabeza de
descarga integrada. Puede ser
acoplada otra bomba en la parte
inferior o superior, una admisin yuna cabeza de descarga.
Una bomba "lower tandem" tiene
la admisin integrada a su
cuerpo, pero no una descarga.
Puede ser acoplada otra bombay/o una descarga en la parte
superior.
Bomba Simple
T d l b b i d
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
97/119
Construda con cabeza dedescarga
Admisinincorporada
Cuerpo principal
Todas las bombas requieren de
una admisin y una cabeza de
descarga.
Con una bomba simple, su costopuede ser mas bajo, pero
seguramente crear problemas
de inventario.
Upper Tandem
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
98/119
Construda con cabeza dedescarga
Sin admisin
Cuerpo principal
En una bomba upper tandem puede serensamblado otra bomba o una admisin.
BombaUT
BombaLT
BombaUT
Admisin
Lower Tandem
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
99/119
No tiene cabeza dedescarga
Contruida con admisinincluda
Cuerpo principal
La bomba lower tandem puede seracoplada con otra en su parte superior osu cabeza de descarga.
UTBomba(CT)
LTBomba
LTBomba
Bolt-onHead
Center Tandem
Bomba
Bolt-onHead
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
100/119
No tienen la descargaincluda
Cuerpo principal
Las bombas center tandem puedenensamblarse otra bomba abajo y/o arriba,la admisin y cabeza de descarga.
UT
BombaCT
BombaCT
No tienen admisin
BombaLT
BombaCT
Admisin
Center Tandem
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
101/119
Con las bombas CT pueden intercambiarse fcilmente unaadmisin estandar por un separador de gas o simplementeser cambiada de posicin de acuerdo a su estado mecnico.
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
102/119
Diferentes tipos de admisin, separadores de gas,manejadores de gas, y cabezas de descarga, estndisponibles para muchas series de bombas.Estos elementos pueden ser acoplados en bombas de igualserie (400, 540, etc.), sin necesidad de adaptadores. Lasmismas pueden ser utilizadas con series de distintosdimetros con adaptadores.
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
103/119
bujes de circonio para soporte radial. Esto puede aumentarsignificativamente la vida til cuando se bombean fluidosseveramente abrasivos.
Aplicaciones de Bombas
Buje de
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
104/119
Cojinete
Zirconio
Zirconio
O-ring
Cojinete flexible dezirconio
Bocin de Zirc.Anillo - Seguro
Spacer
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
105/119
Los bujes ARZ sonmontados entre las etapasestandar de la bomba.Estos bujes son instaladosa una distancia que varade acuerdo al tipo deetapas ,pero es de 30 cmaproximadamente
Otra configuracin de la bomba es la "ES" o Enhanced Stabilization(Estabilizacin Mejorada) . Esta bomba usa bujes ARZ bushings en la
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
106/119
cabeza y la base pero no tiene etapas con bujes ARZ dentro de la bomba.Esto es excelente para bombear abrasivos no severos a bajo costo.
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
107/119
La tecnologa utilizada en las bombas resistentes a la abrasin,
estn disponibles con bujes construdos bajo patente, en
diversas opciones de metalrgias y formas.
Los materiales disponibles son : Zirconia, SiC (carburo de silicio),
T (carburo de Tungsteno).
Aplicaciones de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
108/119
Las bombas resistentes a la abrasin pueden serconfiguradas de la siguiente manera:
Curvas de Performance de Bombas
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
109/119
Estas curvas comunmente estn disponibles en frecuencias de50 Hz or 60 Hz para cada tipo de etapa.Tambin estn disponibles curvas multifrecuencia comoreferencia en el uso de los VSD.
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesininches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh Strength
StandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHp
psipsipsi
REDA
A
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesininches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh Strength
StandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHp
psipsipsi
EffHpFeet
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3 1870 17 50
60HZ
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
110/119
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
50 Hz / 2917 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
795 - 145713.672.545.07
17.78
m3/dcmcmcmcm
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh Strength
StandardButtressWelded
313500N/A
4137041370
HpHp
kPakPakPa
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
50 Hz / 2917 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance Curve
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
795 - 145713.672.545.07
17.78
m3/dcmcmcmcm
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh Strength
StandardButtressWelded
313500N/A
4137041370
HpHp
kPakPakPa
EffHpMeters
70%
B.E.P.Q = 1167H = 7.81
17 50 7 00
50 HZ
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
111/119
0 250 500 750 1,000 1,250 1,500 1,750 2,000
Capacity - Cubic Meters per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%P = 1.84E = 75.23
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Schlumberger
Shaft Brake Horsepower Limit: Standard 375 hpSN8500 60 HZ / 3500 RPM Pump Performance Curve 538 series - 1 StageOptimum Operating Range bpd6,000 11,000
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
112/119
Technical DataShaft Brake Horsepower Limit:
Housing Burst Pressure Limit:
Standard
High Strength
Standard
ButtressWelded
313 Hp
500 Hp
34475 kPa
41370 kPa
SN8500 50 HZ / 2917 RPM
Optimum Operating Range
Nominal Housing Diameter
Shaft Diameter
Shaft Cross Sectional Area
m /day
cm
cm
cm2
795 1475
13.67
2.54
5.07
3
Minimum Casing Size 17.78 cm 41370 kPa
Housing Burst Pressure Limit:
High Strength
Standard
Buttress
Welded
600 hp
5000 psi
6000 psi
6000 psi
Nominal Housing Diameter
Shaft Diameter
Shaft Cross Sectional Area
inches
inches
sq. inches
5.38
1.000
0.7854
Minimum Casing Size 7.000 inches
Nomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
113/119
Schlumberger fabrica 10 diferentes series de bombas,agrupadas en 9 tipos de grupos para varias medidasde casing y flujos.
NomenclaturaLos diseos son clasificados por series y definidos como:
Dimetro Mnimo
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
114/119
Tipo
ADGSHJ
MNNP
Serie
338400540538562675862950
10001125
3.38"4.00"5.13"5.38"5.63"6.75"8.63"9.50"
10.00"11.25"
Dimetro
Exterior
4 1/2"5 1/2"6 5/8"
7"7"
8 5/8"10 3/4"11 3/4"11 3/4"13 3/8"
Mnimo
Casing
Las etapas son denominadas segn el punto de mejor eficiencia en caudal yen barriles por da a 60 Hz. Por ejemplo una DN1750 es una bomba dondesu mejor eficiencia se encuentra en los BPD.
Nomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
115/119
La letra "N" en la denominacin de la bomba (DN1750 or D1400N) indca queel impulsor es de Ni-Resist. Si la denominacin no tiene la letra N elimpulsor es de plstico.Por ejemplo, una A1200 es una bomba con impulsores de Rayton (plstico)donde su mejor eficiencia se encuentra a los 1200 BPD. La AN1200 esidenticamente igual en perfomance, pero el impulsor es de Ni-Resist(metal). El difusor es de Ni-Resist en ambas bombas. EL Ni-Resist es unaaleacin de Niquel,Cobre,Cromo y Silicio;resistente a la corrosin similar aun SS 302/304
Esta denominacin es vlida para las bombas series A, D,Nomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
116/119
G, S, H y J Series.Las bombas M520, M675, N1050, N1500 y P2000 son todasde Ni-Resist .Adicionalmente estas bombas no estn denominadas en"BPD, sino que lo estn en "GPM" (galones por minuto).Por ejemplo, en una M675 su punto de mejoreficiencia est a los 675 GPM (60 Hz).
Nomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
117/119
La razn de esta nomenclatura (GPM) es que ste tipo debombas son utilizadas en produccin de agua pararecuperacin secundaria o en produccin de agua industrial,donde prefieren trabajar en GPM a BPD.
Una bomba siempre est definida por un nmero de parteNomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
118/119
base, de acuerdo a su configuracin y el agregado de letrasen el nmero de parte, definir especficamente cada tipo debomba.
Las configuraciones pueden ser:Nomenclatura
-
7/14/2019 Bombas Electrosumergibles
119/119
UT = Upper TandemCT = Center TandemLT = Lower TandemFL = Tipo FlotanteBFL = Tipo flotante inferiorC = Tipo compresionCR = Tipo compresion ringNo confundir el significado de CT con el tipo de compresin".