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Producción 2
Bombeo Mecánico
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Bombeo Mecánico
Su principal característica es la de utilizaruna unidad de bombeo para transmitirmovimiento a la bomba de subsuelo através de una sarta de cabillas ymediante la energía suministrada por unmotor.
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Bombeo Mecánico
El método de levantamiento artificial más común y antiguo del mundo es elbombeo mecánico. Debido a su simplicidad y robustez, es posible suaplicación en casi todos los tipos de pozos que requieren levantamiento.
Sin embargo, existen límites físicos para la aplicación en cuanto profundidady caudales a levantar.
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Bombeo Mecánico
El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casicontinua del petróleo hasta la superficie.
La unidad de superficie imparte el movimiento de sube y baja a la sarta devarillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta deproducción, a cierta profundidad del fondo del pozo.
Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo deacción reciprocante, abastecida con energía suministrada a través deuna sarta de varillas. La energía proviene de un motor eléctrico o decombustión interna, la cual moviliza una unidad de superficie medianteun sistema de engranajes y correas.
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Bombeo Mecánico
El Bombeo Mecánico Convencionaltiene su principal aplicación en elámbito mundial en la producción decrudos pesados y extra pesados,aunque también se usa en laproducción de crudos medianos ylivianos.
No se recomienda en pozosdesviados y tampoco esrecomendable cuando laproducción de sólidos y/o larelación gas – líquido sea muy alta,ya que afecta considerablemente laeficiencia de la bomba.
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Bombeo Mecánico
Ventajas Desventajas
- Puede ser usado durante toda la vida productivadel pozo.
- Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gaslibre a la entrada de la bomba
- La capacidad de bombeo puede ser cambiadafácilmente para adaptarse a las condiciones deproductividad del pozo.
- En pozos desviados la fricción entre las cabillas y latubería puede generar fallas en el material
- Puede producir intermitentemente, a través deluso de temporizadores y controladores remotos.
- La unidad de superficie es pesada, necesita muchoespacio y es obtrusiva al ambiente.
- Los componentes son fácilmente intercambiables.- En sitios poblados puede representar un peligropara las personas.
- Puede Manejar la producción de pozos coninyección de vapor.
- Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio laprofundidad puede ser una limitante.
- Las unidades pueden cambiarse a otros pozos amínimos costos.
- Es eficiente, simple y fácil de operar
- Puede levantar petróleos de alta viscosidad ytemperatura.
- Puede utilizar gas o electricidad como fuente depoder.
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• El sistema de Bombeo
Mecánico está compuesto por:
– Equipo de Superficie
(Unidad de Bombeo)
– Motor
– Varillas
– Bomba de Subsuelo
Sistema de Bombeo Mecánico
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La función de la unidad de bombeo es convertir elmovimiento rotatorio del motor principal en movimientoascendente y descendente de la sarta de varillas. Estemovimiento es denominado recorrido.
La Unidad de Bombeo está compuesta por:
• Caja Reductora (Gear Reducer)
• Contrapesos (Counterweight)
Unidad de Bombeo
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ecánico PARTES DE UNIDAD DE BOMBEO
MECÁNICO CONVENCIONAL
CAJA
REDUCTORA
CONTRAPESO
COJINETE
CENTRAL
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• El Instituto Americano identifica de acuerdo con la geometría yforma de la estructura, tres clases de unidades de bombeomecánico: Convencional, Neumático, Mark II. De la mismamanera el API ha desarrollado un método estándar para ladescripción de las unidades de bombeo.
TIPO DE UNIDAD
C: Convencional
A: Balanceadas por aire
B: Con contrapeso en el balancín
M: Mark II
RM: Reverse Mark
Máxima carga de
diseño estructural en
cientos de libras.
Máximo Recorrido en
pulgadas.
Máximo torque en la caja reductora
en miles pulg-lbs. Se le adiciona la
letra D si la caja tiene doble
reducción.
C - 320 - 256 - 100
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• La función del motor es suministrar la energía queel sistema de bombeo necesita para moverse. Lapotencia del motor depende de la profundidad dela bomba, nivel de fluido, de la velocidad debombeo y del balanceo de la unidad y demáscaracterísticas propias del pozo.
• Hay dos tipos de motores usadosprincipalmente:
• Motores eléctricos
• Motores de combustión interna
Motor
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• La sarta de varillas conectala bomba de subsuelo conla varilla pulida, suprincipal función estransmitir el movimientoreciprocante de la varillapulida a la bomba.
Varillas
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Problemas en Cabillas
Fallas por Sobretorque
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Problemas en Cabillas
Fatiga por Diseño y Operación
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Problemas en Cabillas
Fallas por H2S
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Problemas en Cabillas
Fallas por CO2
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Problemas en Cabillas
Fallas por TensiónFallas por Tensión
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Problemas en Cabillas
Fallas por Pandeo
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• Las partes básicas de la bombade subsuelo son simples, peroconstruidas con una granprecisión para asegurar suintercambiabilidad y eficiencia.
• Estas partes son:– Barril
– Pistón
– Válvula viajera
– Válvula fija
Bombas de Subsuelo
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20-125-R H B C-10-4-2Diámetro de la tubería
15= 1.9” OD
20= 2-3/8” OD
25= 2-7/8” OD
30= 3-1/2” OD
Diámetro ID de la bomba
125= 1-1/4”
150= 1-1/2”
175= 1-3/4”
200= 2”
225= 2-1/4”
250= 2-1/2”
275= 2-3/4”
Tipo de barril para pistón metálico
H= de pared gruesa
W= de pared delgada
Tipo de barril para pistón soft packed
S= de pared delgada
p= de pared gruesa
Longitud total de las
extensiones en pies
Longitud nominal del
pistón en pies
Longitud del barril en
pies
Tipo de anclaje
C = Copas
M = Metálico
Localización del
anclaje
A = en el Tope
B = en el fondo
Tipo de bomba
R = Inserta
T = Tubería
El API ha desarrollado un método para la designación
de las bombas de subsuelo.
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Tipo de Bombas de Subsuelo
TP
TH
RWA
RHA
Bombas de Tubería: son aquellas en las
cuales el barril forma parte integral de la
tubería. Esta varilla está conectada al fondo
de la tubería y corre con la sarta de la tubería
de producción.
Bombas de Varilla: Es un ensamble
completo de bombeo que va dentro del pozo,
sobre la sarta de varillas. Sólo el niple de
asentamiento va con la sarta de la tubería de
producción a la profundidad de bombeo
deseada.
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VENTAJAS
• Diseño del sistema relativamente simple.
• Unidades fáciles de cambiar a otros pozos con costo mínimo.
• Eficientes ,simples y fáciles de operar en campo. Puede utilizar bajas
presiones para su bombeo.
• Flexible, puede semejar la rata de desplazamiento a la capacidad del
pozo a medida que este declina.
• Puede levantar petróleo con altas viscosidades y temperaturas.
• Se puede cambiar fácilmente de la tasa de producción por cambio en la
velocidad de bombeo o stroke.
• Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de
supervisión de bomba.
• Se puede usar motores a gas como movedores primarios si la
electricidad no esta disponible.
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Bombeo Mecánico
DESVENTAJAS
• No apto para locaciones urbanas.
• Pesado y voluminoso en operaciones Offshore.
• Susceptible a las parafinas.
• El tubing no puede ser revestido internamente para prevenir la
corrosión.
• Alta producción de sólidos.
• En pozos de gas se obtienen bajas eficiencias volumétricas.
• Limite de profundidad, debido a la capacidad de las varillas
principalmente.
• Es problemático en pozos con alta desviación.
• No puede funcionar con excesiva producción de arena.
• La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre.
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Tipos de Balancín
• Unidad Convencional
• Unidad Mark II
• Unidad Balanceada por Aire
• Unidad Reverse Mark
• Unidad Churchill Beam-Balanced
• Unidad Low Profile
• Unidad Rotaflex
• Unidades Portatiles
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Unidad Convencional
Es el más antiguo y usado en la industriacuyos orígenes se basan en los aparatosusados para perforar los pozos. Larotación de la manivela puede ser enambas direcciones.
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Unidad Convencional
Ventajas
• Costos de Mantenimiento bajos.
• Cuesta menos que otras Unidades.
• Usualmente es mejor que el Mark IIcon sarta de cabillas de fibra de vidrio.
• Puede rotar en sentido horario yantihorario.
• Puede bombear más rápido que lasUnidades Mark II sin problemas.
• Requiere menos contrabalanceo quelas Mark II.
Desventajas
• En varias aplicaciones no estan eficiente como el Mark II uotros tipos de unidades.
• Podría requerir cajas deengranaje más grandes queotros tipos de unidad(especialmente con cabillas deacero).
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Unidad Mark II
Se introdujo a principio de los años60 con su revolucionario diseño querequería menos energía que unoconvencional para levantar la mismacarga de fluidos.
Las contrapesas están colocadas enuna manivela de doble brazosseparados y opuestos a la manivelade los pines con un ángulo dedesfase que oscila entre 19 y 28°.Este desfasamiento hace que eltorque de las pesas se atraserespecto al de la carga de fluidos alcomienzo de la carrera ascendente yque se adelante al comienzo de ladescendente.
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Unidad Mark II
El Mark II, debido al desfase angular, es más rápido en la carrera descendente loque se traduce en mayor aceleración y menores cargas mínimas en la barra pulida.En crudos viscosos, esta característica debe ser tomada en cuenta para evitarvelocidades que puedan generar flotación de la sarta de cabillas.
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Unidad Mark II
• Tiene menor torque en la mayoría de los casos.
• Podría costar menos (5%, -10%) comparada con el siguiente tamaño en una unidad convencional.
• Es más eficiente que las unidades convencionales en la mayoría de los casos.
Ventajas Desventajas • En varias aplicaciones, no puede
bombear tan rápido como una unidad convencional debido a su velocidad en la carrera descendente.
• Solo puede rotar en sentido anti horario.
• En caso de existir golpe de fluido podría causar mas daño a la sarta de cabillas y la bomba.
• Puede colocar la base de la sarta de cabillas en severa compresión causando fallas por pandeo.
• Puede experimentar torques mas altos que las unidades convencionales cuando se usan cabillas de fibra de vidrio, además, de la posibilidad de colocarlas en compresión
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Unidad Balanceada por Aire
Estas unidades utilizan aire comprimido para compensar la carga y en lugar dehaz de pesos tienen manivelas. El sistema de aire ha sido tan simplificado quelas únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistónequilibrio. La capacidad del depósito del cilindro se agranda por medio de unreceptor de acero que se mueve con el cilindro como una unidad.
• Perfecto contrabalanceo con el torque de los pistones.
• Longitudes de carrera de hasta 20 pies para pozos con alto potencial.
• Fácil de Instalar
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Unidad Balanceadas por Aire
Ventajas
• Es más compacta y fácil debalancear que las otras unidades.
• Los costos de transporte son masbajos que otras unidades (debidoa que pesa menos) .
• Vienen en tamaños más grandesque cualquier otro tipo deunidad.
• Puede rotar tanto en sentidohorario como anti horario.
Desventajas
• Son más complicadas y requierenmayor mantenimiento (compresorde aire, cilindro de aire).
• La condensación del aire en elcilindro puede constituir un serioproblema.
• La caja de engranaje podríadañarse si el cilindro pierde lapresión de aire.
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Unidad Reverse Mark
Aunque la manivela tiene también un ángulode desfase entre -9 y -12°, ambos están en elmismo brazo.
La manivela del Reverse Mark gira sólo ensentido horario. En el campo, laidentificación se realiza con el observadorcolocado al costado de la unidad con elcabezal del pozo a su derecha.
A partir del cambio de la posición de lascontrapesas, se reduce el torque y elrequerimiento de energía . Además laeficiencia de la bomba aumenta debido aque el movimiento reciprocante se reduce.
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Rotaflex
El Rotaflex cumple casi a laperfección con la situaciónideal para bombeo mecánico:carrera larga y baja velocidad.Esta combinación asegura unmejor llenado de la bomba ycargas parásitas muy bajas(aceleración, fricción mecánicay viscosa) y por eso, la carta desuperficie de una instalacióncon Rotaflex es casi parecida ala ideal.
Los fabricantes aseguran quelos requerimientos de torquedel Rotaflex puede ser hastaun 80% más bajo que los deuna unidad Convencional.
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Rotaflex
Otra ventaja del Rotaflex es la facilidad parabalancearlo ya que esta operación consistesimplemente en quitar o agregar bloques a lacaja de contrapesas. El mantenimiento es muybajo por ser una unidad con menos partesmovibles.
Tiene un dispositivo de seguridad que apaga elmotor y aplica el freno automáticamente si seproduce un cambio de velocidad en la unidadque esté fuera de los valores previamenteestablecidos por el operador.
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Unidades Portatiles
Es un trailer montado, porta válvulas de una unidad convencional de bombeo que reduce el costo de transporte por carretera. Puede ser levantado y totalmente, funcional en pocos minutos en el sitio así. Estas unidades están disponibles para la venta, alquiler o arrendamiento. Las aplicaciones típicas incluyen: la eliminación de los fluidos de fracturamiento, stripper pozo de bombeo, extracción de agua de gas, pruebas de pozos, y una alternativa a las unidades de limpieza.
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Bombeo Mecánico
Consideraciones para Bombeo Mecánico:
- Bomba de Subsuelo.
- Tasa de Producción.
- Manejo de Sólidos.
- Profundidad y Sarta de Cabillas.
- Costos de Inversión.
- Cargas en las cabillas y cajas de engranajes.
- Costos de energía y eficiencia del sistema.
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Cartas Dinamométricas
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Cartas Dinamométricas
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Cartas Dinamométricas
Anclajes Libres o Flojos: laválvula viajera abre durante lacarrera descendente, la cargadel fluido es transferida alpistón provocando unestiramiento en la sarta detubería.
Llenado Completo de Bomba:Condiciones de operaciónnormal de la bomba
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Cartas Dinamométricas
Desgaste de Válvula o Pistón:Cuando el pistón atraviesa lasección desgastada, ocurreuna fuga de fluido, causandouna caída de carga de fluido.
Golpe de Bomba: Cuando elpistón de la bomba quedaespaciado muy abajo, puedequedar golpeando el fondo enla carrera descendente.
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Golpe de Fluido: Cuando labomba se llena parcialmenteen la carrera ascendente,debido a bajo aporte de laformación.
Interferencia por Gas: Esteproblema puede ocasionar elbloqueo total de la bomba y elpozo se queda sin producción.