PROLOGO

PAGE 68

CAPITULO IV

BOMBAS DE CAVIDAD PROGRESIVA

IV-I DESCRIPCION DEL SISTEMA

Se trata de la movilizacin del fluido del pozo por el accionar de un elemento rotativo de geometra helicoidal, alojado en un compartimento elstico con la misma geometra, de tal manera que al girar desplaza las cavidades hacia arriba. produciendo consecuentemente el movimiento de los lquidos, los que como en cualquier forma de bombeo, como se vio en la definicin, generar una diferencia de presin, que permitir el llenado de la bomba. Para que el sistema funcione debe aplicarse un movimiento que se trasmite desde superficie con un motor, utilizando dentro del pozo, varillas o barras de bombeo, para hacer llegar la rotacin a la bomba. Como en todos los sistemas, se divide en instalaciones de superficie y de fondo. (figura IV- 1)

IV-II INSTALACIONES DE SUPERFICIE

El sistema motriz, que imprimir un movimiento rotativo a las barras de bombeo, puede ser elctrico, a combustin interna o hidrulico, aunque sin dudas, de existir redes elctricas, sta energa ser la conveniente.

Los cabezales, es decir el conjunto motor transmisin, se ofrecen en el mercado de distintas conformaciones y los de mayor aplicacin sern los de accionamiento directo y los angulares, cuyo nombre indica en que posicin se ubica el motor, paralelo o perpendicular al eje del pozo. Figura IV-2

Considerando que la velocidad del rotor debe estar entre 100 y 500 R.P.M, ser conveniente utilizar motores de bajas revoluciones para simplificar los sistemas de transmisin que en su mayora, son mediante el uso de poleas y correas. Para potencias mayores de 25 HP, es recomendable la transmisin por accionamiento directo.

El sistema angular requiere la aplicacin de pin y corona para transmitir en movimiento, y el acople, se efecta tambin con poleas y correas. La variacin de velocidad se practica mediante el cambio del dimetro de las poleas y en el caso de transmisin mecnica, con la variacin de la relacin de engranajes. Cuando se detiene un motor, la diferencia de presin entre la columna de lquido alojada en el tubing y el nivel en el casing es muy grande provocando que el lquido retroceda generando un fuerte movimiento inverso en el conjunto, el que se evitar con la instalacin, en el cabezal, de un sistema de freno, o en algunos casos una vlvula de pi.

IV-III INSTALACIONES DE FONDO

Los principales componentes de la bomba son el rotor y el estator.

ROTOR

Tiene la forma de un elevador helicoidal de entrada simple y se construye en aceros de alta resistencia, con tratamiento superficial de 3 milsimas en cromo duro, para que no sea atacado por agentes qumicos o slidos que daen la pieza. Su giro en el sentido de las agujas del reloj, genera el movimiento de cmaras hermticas en forma ascendente tomando e impulsando el fluido del pozo Fig.IV-3

ESTATORSe trata de un tubo de acero con un elastmero vulcanizado en su interior, con forma helicoidal de doble entrada, donde se mover el rotor. Los compuestos del elastmero son preparados para resistir los lquidos y gases que pudiera manejar cualquier pozo con la sola limitacin de algunos aromticos contenidos en los hidrocarburos.

La combinacin de un estator blando y un rotor duro, le permiten a la bomba el manejo de slidos tales como arena, sin que se produzca un dao grave, como ocurrira si la dureza fuese similar, no obstante, si tal situacin se presenta, la duracin de la bomba ser menor.

IV-IV APLICACION

Originalmente fueron diseadas para movilizar fluidos muy viscosos, luego se desarroll para aplicar en pozos de poca profundidad, pero el avance en la composicin de los estatores, permite actualmente un rango considerablemente amplio de aplicacin.

Con referencia a las profundidades de instalacin, se puede asegurar que entre 0 y 400 metros la eficiencia es mayor que en cualquier otro sistema, de 400 a 1.200 metros se ha verificado un rendimiento bueno, de 1.200 a 2000 metros, todava los resultados no permiten asegurar operaciones exitosas, aunque los proveedores ofrecen el sistema como aceptable. Para profundidades mayores no se fabrican an.

Los caudales que se pueden manejar con el sistema, van de 2 a 600 metros cbicos por da, segn la oferta, aunque la experiencia indica que se puede utilizar sin problemas en los siguientes rangos:

a) hasta

5 m3/da

b) de 5 a

15 m3/da

c) de 15 a

40 m3/da

d) de 40 a

100 m3/da

e) de 100 a

200 m3/da

Con viscosidad alta, funcionan muy bien ocurre lo mismo pero en menor grado con intermedias pero en el caso de que sea muy fluido, es decir muy baja viscosidad, operarn con algo de escurrimiento requiriendo un rgimen ms estevado de bombeo.

Puede operar con cualquier tipo de lquidos salvo aquellos que en su composicin qumica presenten aromticos, porque estos daan el elastmero del estator, compuesto de caucho sinttico. Los fluidos acompaados por slidos pueden ser manejados con mayor eficiencia que en cualquier otro sistema de extraccin artificial.

Alguna limitacin se puede encontrar en la cantidad de gas libre que pasa por la bomba, por consecuencia debe adaptarse como lmite una relacin gas lquido de 2,5 m3/m3. Para valores ms altos se pueden utilizar separadores de fondo o bien otro mtodo.

Con respecto a la temperatura de operacin, no debe superar los 70 ' C, sin embargo en la actualidad se estn probando estatores con otros compuestos que permitirn un rango mayor

IV-V SELECCION

Los parmetros a considerar para elegir la bomba adecuada, sern profundidad, Presin diferencial (consecuencia de la anterior) y caudal a extraer. En lo que hace al caudal debe ubicarse en el rango entre 30 % y 70 % referido a la capacidad mxima de la bomba, por lo que si la necesidad es de 140 m3/da, la bomba ser para 200 m3/da.

La presin a la que puede ser sometida, depender de las etapas que se instalen ya que cada una de ellas resiste determinada presin por lo tanto la presin que soporta cada etapa, por la cantidad de etapas indicar la presin diferencial mxima a la que se puede someter el conjunto. La presin diferencial es el resultado de la presin de lnea, ms la que ejerce la columna hidrosttica menos la que corresponde a la que genera el nivel de fluido que se tiene en el casing. Si se superan las presiones lmites se producir una deformacin del elastmero del estator y escurrir lquido perdiendo eficiencia y provocando daos.

La potencia necesaria para accionar el sistema, se calcula en funcin de la viscosidad, y cargas a la que ser sometida la bomba y la parte de trabajo que insumir el conjunto mecnico del cabezal, que aunque pequeo se debe considerar. Sin dudas que ser mucho menor que lo necesario para que funcione un equipo convencional de bombeo, simplemente porque el sistema de transmisin requerir mucho menos potencia. Los departamentos de ingeniera disponen lo necesario para la eleccin del motor adecuado.

Un cdigo de identificacin se ha estandarizado en las bombas PCP con la siguiente forma:

CODIFICACIONE P B H - 2.7/8 30 D

S:Simple Estator

D:Doble Estator

G Max. [M3/D] 400 RPM

Conexin rosca Estator

IV-VI OPERACION

Se trata de una operacin con un equipo de pulling, que se ocupar de ensamblar las partes y ubicarlas en el pozo para su funcionamiento. Como bsicamente se compone de dos elementos principales que son, el estator y el rotor, se pueden bajar en conjunto o bien separados, aunque en cualquiera de las opciones, deben extremarse las precauciones para concluir eficientemente y con xito la instalacin. En principio, los tubings, deben calibrarse para que una vez colocados para el enrosque, se est seguro de que no caer en el pozo ningn cuerpo extrao que pudiera haber estado en su interior, y luego como el tubing, estar sometido a una tendencia rotativa de desenrosque, debe utilizarse para el ajuste, el mximo admisible para el torque aplicado, y sta recomendacin debe practicarse porque acorde con las normas A.P.I. el enrosque se practica con torque mnimo, normal y mximo, y las llaves de los equipos generalmente estn calibradas para aplicar el torque normal. El torque mximo ser entonces, para 2 7/8, J 55, de 2060 libras-pi (no confundir con la presin de la llave).

La colocacin del rotor dentro del estator, requiere que el supervisor se asegure que el rotor asienta sobre la cruceta, y el conjunto se bajar con la columna de tubings. Si esto ocurre ser necesario, enroscar las barras al rotor desde la superficie y para ello se debe instalar sobre el rotor un trozo de 2 pies de largo con el macho hacia arriba y luego se baja con las barras una cupla de la medida correspondiente con un pequeo agujero. Si bienes lo comn, existen herramientas especiales como los empalmadores tipo "on and off que mejoran sensiblemente la operacin, ya que aseguran el empalme y permiten que la conexin con el rotor tenga el torque adecuado, situacin que no se puede controlar enroscando desde arriba. Es importante mantener las columnas de lquidos equilibradas llenando los tubings, mientras se bajan, para evitar que la diferencia de presin, empuje el rotor hacia arriba, sacndolo del estator. Bajados los caos, se asientan y se bajan las barras con encastre o cupla hasta que falten un tiro para tocar el punto de encastre o de enrosque, y luego se opera de acuerdo a lo descripto para el enrosque de una bomba en el Captulo VIII que trata operaciones con pulling. En el caso de usar empalmador, la mayora de ellos operan con encastre tipo bayoneta de tal manera que con una sola maniobra, quedar vinculada la sarta de barras con el rotor.

La otra opcin es bajar el estator con los tubings y luego de asentada la caera, bajar el rotor con las barras, operacin algo mas favorable en lo que respecta a la calidad del enrosque de las piezas, y desfavorable en el riesgo al, introducir el estator dentro del rotor El espaciamiento como en la opcin anterior tiene las mismas exigencias, y requerir que se consideren entre dos y diez pulgadas de luz para compensar el estiramiento de las barras que provocar la carga y la temperatura. La medida exacta se calcula con los valores conocidos del pozo.

El supervisor debe conocer las condiciones normales de operacin del equipo en lo referente a consumos y tambin el rgimen de produccin esperada en funcin de la velocidad de rotacin, y tomar todos los recaudos la iniciar el bombeo para controlar que la rotacin sea en el sentido adecuado y que funcione de acuerdo a lo previsto, porque las variaciones indicarn problemas como por ejemplo, si la corriente es mayor, puede estar rozando el rotor con la cruceta por espaciamiento incorrecto con consecuencias no deseadas.

IV-VII OPERACION

Los proveedores de los equipos suministrarn las curvas de rendimiento, y la bomba en operacin, debe rendir como mnimo, el 60% del caudal terico. Si as no ocurriera debe disminuirse el rgimen de trabajo, hasta que la relacin velocidad caudal sea proporcional. De no ser as, se puede estar en presencia de insuficiente nivel con la consecuente mala alimentacin de la bomba que puede llegar a provocar la destruccin del estator ya que ste, se lubrica y refrigera con el fluido que por l pasa. De no contarse con un sensor de fondo que interrumpa el funcionamiento, si se quedara sin nivel, ser necesario extremar el control de los caudales y los niveles para que no se dae el sistema.

Es de suma importancia en la seleccin y operacin de ste tipo de bombas que operen dentro de los rangos establecidos porque de no ser as, inevitablemente se destruir el conjunto. Para lograr una operacin optimizada y seguramente con costos adecuados, el cabezal debe estar equipado con un sistema de freno para evitar el retroceso cuando se detiene el equipo. Una opcin aplicable en algunos pozos, es la instalacin de vlvula de pi debajo del estator, asegurndose que la prdida de carga a travs de ella no perjudique el llenado de la bomba.

GeneralidadesOptimizando la forma de operar, pueden minimizarse los problemas que estos equipos presentan en su trabajo habitual y para ayuda de los supervisores se enumeran aquellos que la abundante experiencia indica como repetitivos.

a) Despegue del elastmeroAlgunos pueden atribuirse a la calidad de la fabricacin, pero la presencia de aromticos en la composicin de los hidrocarburos, la inadecuada lubricacin y refrigeracin, generada por el diseo sobredimensionado, las variaciones en el potencial del pozo como as tambin la presencia excesiva de gas, contribuirn a la prematura destruccin del estator.

b) Desenrosque de la caera

Principalmente ocurre por torque inadecuado.

c) Estator quemadoEl funcionamiento de un tiempo prolongado, con la bomba sin lquidos, por falta de nivel de fluido o por obstruccin en la entrada, produce este dao.

d) Desenrosque de varillas de bombeo.Sin dudas que la falta de freno en el cabezal o vlvula de pi, producirn este efecto cuando

se pare el motor.

e) Rozamiento del rotor en la cruceta.

Incorrecto espaciamiento.

f) Baja eficiencia volumtrica.

Seleccin incorrecta, fuerte declinacin del pozo o excesiva cantidad de gas

g) Aprisionamiento por arena.Si bien es el equipo ms adecuado para el manejo de arena, la cada de la velocidad del fluido al salir de la bomba producir la decantacin de la arena y el consecuente aprisionamiento. Tambin ocurre cuando se detiene el pozo por un tiempo suficiente para que se decante la arena y se asiente sobre la bomba.

El sistema de bombeo por cavidad progresiva, ofrece ventajas y desventajas frente al mtodo convencional de bombeo mecnico, y la decisin para su uso debe ser analizado para cada yacimiento en particular debido a la diversidad de situaciones ya que puede ser ptimo en algunos campos e inconveniente en otros.