unidades de bombeo

8/13/2019 Unidades de Bombeo

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UPCO DE VENEZUELA S,A

UNIDADES DE BOMBEO

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UNIDADES DE BOMBEO: (Bombeo Mecnico-Pumping Beam)La funcin de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional

del prime mover al movimiento ascendente descendente de la barra pulida.Una unidad de bombeo apropiadamente diseada tiene el tamao exacto decaja de engranaje y estructura. Tambin tiene suficiente capacidad de carrerapara producir el fluido que deseas.

Si bien todas las unidades bombeo tienen caractersticas comunes,estas tambin tienen diferencias que podran influenciar significativamente elcomportamiento del sistema. Para maximizar la eficiencia del sistema necesitasentender las ventajas y las desventajas de las diferentes geometras de lasunidades de bombeo para las condiciones de los pozos. Esto puede hacerse

simulando el sistema de bombeo con un moderno programa de diseo como elRODSTAR que puede asertivamente modelar todas la geometra de launidades de bombeo. Con tales programas de computadora puede predecirsela produccin, cargas, tensin, torque y consumo de energa para diferentesgeometras de unidades de bombeo para la aplicacin. Este es la mas asertivomanera de comparar las unidades de bombeo.

Diseo de la Unidad.La API ha desarrollado un mtodo estndar para describir las unidades

de bombeo. Es como sigue:

C-320-256-100

Donde:C:Tipo de Unidad320:Capacidad de la caja de Engranaje (MLbs-plg)256:Capacidad de la Estructura (Cientos de libras)100:Longitud mxima de la carrera en pulgadas.

La letra C significa unidad convencional, tal como la unidad mostrada enla Figura 2.1. La letra M significa una unidad Mark II y la letra A una unidadbalanceada por aire. Tambin pueden verse otras combinaciones e letrassimples o dobles para nuevos tipos de unidades de bombeo tales como RM

para unidades Lufkin Mark Reversas. El primer nmero es la designacin delrango de carga de la caja de engranaje en libras-plg (torque), En el ejemplo, elrango de la caja de engranaje es hasta 320.000 lbs-plg. El segundo nmero esel rango de la estructura en cientos de libras. En el ejemplo este rango significaque para evitar sobre cargas en la estructura de la unidad, la barra pulida nodebe exceder de 256.000 lbs. El ultimo numero muestra el longitud mxima dela carrera de la unidad en pulgadas (100 plg en el caso ejemplo). Unidades debombeo usualmente tiene desde 2 hasta 5 longitudes de carrera. Los catlogosde las unidades muestran todas las longitudes de carrera disponibles.

Geometra de las Unidades de Bombeo:

Las siguientes tres paginas muestran los tipos de unidades de bombeoms populares. Estas son:


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1. Tipo convencional2. Mark II3. Balanceadas por Aire

Existen tambin otros varios tipos de unidad tales como las de bajoperfil, hidrulicas, de carreras largas (tales como Rotaflex), y otrasunidades de geometra inusual. Sin embargo, la mayora de los pozosson bombeados con los tres principales tipos de unidades mencionados.

La razn principal de la duracin de la popularidad de estasunidades de bombeo es por estas han sido usadas por mas tiempo quelas otras y han probado ser confiables, durables, y fciles de mantener.Dependiendo e la aplicacin, hay ventajas y desventajas para cada tipode unidad. Ninguna unidad puede reclamar para si el mejorcomportamiento en todas las aplicaciones. Por ejemplo, si el espacio es

limitado entonces una unidad balanceada por aire es la mejor opcin porlo compacto de su diseo. Si se usan cabillas de fibra de vidrio entoncesuna unidad convencional ser mejor que un Mark II como ser explicadoluego. En pozos profundos con cabillas de acero, una unidad Mark IIpuede tener torque neto mas bajos en la caja de engranaje, etc.

La manera mas acertada de encontrar la mejor geometra para launidad para una aplicacin dada es usar programas predictivos decomputadora tales como el RODSTAR. Con estos programas se puedemodelar la unidad de bombeo usando kinematica (caractersticas demovimiento) muy acertadamente, de la misma forma te permitecomparar el comportamiento de diferentes unidades de bombeo paraaplicaciones especificadas. Tambin permite evaluar que sentido derotacin aplicarle al crank es mejor (En sentido de las agujas el reloj o encontra del sentido de las agujas).

Nomenclatura de las Unidades de Bombeo.Las siguientes figuras muestran los nombres de los componentes de lasunidades de bombeo convencionales, Mark II y balanceadas por aire.Las siguientes son definiciones de algunos trminos adicionales de lasunidades de bombeo:


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Desbalance estructural:Es la fuerza que se necesita para que labarra pulida mantenga la viga viajera en una posicin horizontal con losbrazos pitman desconectados de los pins del crack. Esta fuerza es

positiva cuando acta hacia abajo y negativa cuando acta hacia arriba.Ver la a la derecha para unaexplicacin visual deldesbalance estructural. Eldesbalance estructural paraunidades convencionalespuede ser igual positivo onegativo. Para unidades MarkII es siempre negativo.

Angulo de fase del crank: Este es el ngulo entre el pin delcrack y los brazos de las contrapesas. La figura abajo muestra como sepuede medir el ngulo de fase del crack. Para unidades Mark II el ngulode fase es positivo. Para cranks del tipo Torqmaster este es negativo.Para la mayora de lasunidades de bombeoconvencionales el ngulo defase del crack es cero.

El propsito del ngulode fase del Crank es ayudar areducir el torque en la caja deengranaje mejorando la faseentre las cargas en la barrapulida y el momento de lascontrapesas.

Anlisis Kinematico de las Unidades de Bombeo:Para evaluar el comportamiento de los diferentes tipos de

Unidades de bombeo, es importante simular acertadamente suscaractersticas kinematicas. El modelo kinematico puede usarse para

calcular la posicin angular, velocidad y aceleracin de cualquier partede la unidad de bombeo.Usando este mtodo kinematico se pueden comparar la velocidad

de la barra pulida y la aceleracin de diferentes unidades,. Sin embargo,debe mantenerse en mente que el comportamiento del sistema de lasunidades de bombeo depende en la interaccin de todos loscomponentes del sistema. La geometra de las unidades de bombeo esun factor muy importante pero no es el nico. Otros elementosincluyendo la profundidad del pozo, tamao de la bomba, diseo de lasarta de cabillas, material de las cabillas, y tipo de prime mover. Por lotanto, el modelo kinematico de la unidad de bombeo debe combinarse

con el mtodo predicativo de la ecuacin de onda para compararacertadamente unidades de bombeo para condiciones de pozo dadas.


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La unidad de bombeo tiene una gran influencia en elcomportamiento del sistema. Afecta las cargas en la barra pulida, carreraen la bomba, tamao del prime mover, torques picos, y consumo depotencias. Un anlisis matemtico detallado de la geometra de la unidadde bombeo esta ms ala del alcance de este curso. El mtodo del

anlisis kinematico descrito en el paper # 12201 de la SPE provee unaexplicacin detallada de cmo modelar unidades de bombeo, calcularfactores de torque, y cualquier otro valor relacionado con la unidad enmovimiento.

Geometra de una Unidad Convencional (Anlisis Kinematico)

GEOMETRIA / VENTAJAS-DESVENTAJASUNIDAD CONVENCIONAL

Ventajas:1. Costos de Mantenimiento

bajos.2. Cuesta menos que otras

Unidades.3. Usualmente es mejor que

la Mark II con sarta decabillas de fibra de vidrio.

4. Puede rotar en sentidohorario y antihorario.

5. Puede bombear msrpido que las Unidades

Mark II sin problemas.6. Requiere menoscontrabalanceo que lasMark II.

Desventajas:1. En varias aplicaciones no es tan eficiente como el Mark II o otros tipos de unidades.2. Podra requerir cajas de engranaje ms grandes que otros tipos de unidad

(especialmente con cabillas de acero).


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UNIDAD MARK IIVentajas:

1. Tiene menor torque en lamayora de los casos.

2. Podra costar menos (-5%,-10%) comparada con elsiguiente tamao en unaunidad convencional.

3. Es mas eficiente que lasunidades convencionalesen la mayora de loscasos.

Desventajas:1. En varias aplicaciones, no

puede bombear tan rpido como una unidad convencional debido a su velocidad en lacarrera descendente.

2. Solo puede rotar en sentido antihorario.3. En caso de existir golpe de fluido podra causar mas dao a la sarta de cabillas y la

bomba.4. Puede colocar la base de la sarta de de cabillas en severa compresin causando fallas

por pandeo.5. Puede experimentar torques mas altos que las unidades convencionales cuando se

usan cabillas de fibra de vidrio, adems, de la posibilidad de colocarlas en compresin.

UNIDAD BALANCEADA POR AIREVentajas:

1. Es ms compacta y fcil debalancear que las otrasunidades.

2. Los costos de envi son masbajos que otras unidades

(debido a que pesa menos)3. Vienen en tamaos ms

grandes que cualquier otrotipo de unidad.

4. Puede rotar tanto en sentidohorario como antihorario.

Desventajas:1. Son ms complicadas y

requieren mayormantenimiento (compresor deaire, cilindro de aire).

2. La condensacin del aire enel cilindro puede constituir un serio problema.

3. La caja de engranaje podra daarse si el cilindro pierde la presin de aire.

Otras caractersticas interesantes de las unidades balanceadas por aire son:1. perfecto contrabalanceo con el toque del dedo.2. Longitudes de carrera de hasta 20 pies para pozos con alto potencial.3. Fcil de Instalar.

Estas son algunas de las ms sobresalientes ventajas de las Unidadesbalanceadas por aire. Estas Unidades emplean aire comprimido para balancear


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la unidad en vez de contrapesas en el crack o la viga viajera. El sistema de aireha sido tan simplificado que las nicas partes en continua operacin el cilindrode balanceo y el pistn. La capacidad de reserva del cilindro es aumentada conun receptor de acero que mueve el cilindro como una unidad.

Estas Unidades pueden ser 35% ms pequeas y 40% ms livianas que lasunidades balanceadas con peso, lo que las hace ideales para usarlas comounidades porttiles o de prueba.

REVERSE MARK IIEsta unidad ofrece una alternativa mejorada al diseo y geometra de las

unidades convencionales. A pesar de las similitudes en la apariencia lageometra de las unidades Reverse Mark II pueden reducir el torque y losrequerimientos de potencia en muchas aplicaciones de bombeo. En algunosejemplos cajas de engranajes y motores ms pequeas pueden usarse.


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UNIDAD DE BOMBEO CHURCHILLDisponibles exclusivamente por el Fabricante Lufkin, estas ofrecen la

misma dureza y resistencia que las unidades convencionales. Han sidoutilizadas regularmente en pozos poco profundos.

UNIDADES DE BOMBEO DE BAJOPERFIL

Unidades de bombeo compactasdiseadas para instalacin encampos de irrigacin con sistemasde aspersores mviles o en reasurbanas donde las caractersticasdel bajo perfil seria deseadas.

UNIDADES DE BOMBEO ROTAFLEX (Longitudes de Carrera largas)Este sistema utiliza tecnologa probada e innovacin en el diseo para

proveer una eficiencia excelente y eficacia en los costos para pozos profundos,problemticos y de alto potencial. Con la Unidad Rotaflex bombas de cabillasde succin pueden ser utilizadas en vez

de bombas electro sumergible, o bombashidrulicas de subsuelo. Usando todaslas 306 pulgadas de longitud de carreraresultara en ahorros operacionales eincremento de productividad.

Las unidades Rotaflex virtualmenteno tienen velocidades mnimasasegurando el incremento de suflexibilidad. Velocidades mas bajas ylongitudes de carrera largas resultan enun llenado del barril ms completo. Las

cartas dinagraficas tomadas en aplicaciones Rotaflex son similares a la cartaterica perfecta. Estos diseos con carreras largas pueden reducir


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significativamente los costos de levantamiento con las siguientescaractersticas:

1. Manejo eficiente de altos volmenes, mayores cargas y desviacin depozos.

2. Reduce el desgaste en las cabillas y las tuberas. Incrementando la vida

til.3. Menos ciclos.4. Aumento en la eficiencia del sistema5. Fcil de Instalar y hacer servicio.6. Torques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de

energa.7. Reduccin significativa de las cargas dinmicas, resultando en menores

costos operacionales.8. Proporciona una mejor razn de compresin a la bomba lo que minimiza

problemas de bloqueo por gas.

UNIDADES DE BOMBEO STRAPJACKLas Unidades de bombeo strapjack combinan longitudes de carrera

mximas y requerimientos de altura mnimos (similar al bajo perfil) permitiendooperacin continua bajosistemas de irrigacin activos.Esta unidad es nica yapropiada para aplicacionesespeciales donde el impactovisual debe ser minimizado.Con este diseo de bajo perfilel impacto visual es reducidaen reas sensibles tales como parques y zonas residenciales. Mejorando larelacin con los propietarios de las reas mencionadas.

UNIDAD DE BOMBEO DYNAPUMPDynapump es un sistema de unidad de bombeo computarizado. El

dynapump utiliza sensores electrnicos, equipamiento hidrulico y sistemas demonitoreo computarizado con el propsito de extraer petrleo lo maseficientemente posible tanto para pozos profundos como para pozos someros.

El Dynapump consiste en dos componentes principales que son launidad de bombeo y la unidad de potencia. La unidad de potencia maneja la

unidad de bombeo y es el control central del sistema. Este consiste en unacomputadora controlada con un sistema de modem radio, electrnica slida,controladores de motor y bombas hidrulicas. Actualmente este equipo seutiliza en el Sureste de California, Texas, Nuevo Mxico, Utah, Colorado yVenezuela. Algunas de estas unidades han excedido el record de produccinde fluidos para sistemas hidrulicos, siendo capaces de producir tasas quesuperan los 10.000 Bls/d.


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Componentes principales:Cilindro Hidrulico: Proporciona la fuerza delevantamiento. 1800 lpc es la mxima presin de diseo.

Sistema de Poleas: Transmite la fuerza de levantamientoa la sarta de cabillas a travs de una guayaRecipiente de gas:Acta como un contrapeso y no tieneinercia.

Algunos accesorios interesantes ha lanzado almercado Dynapump inc. Entreestos destaca la Dynopilot, que noes ms que una palm pilot capazde ajustar la velocidad y longitudde la carrera, adquirir cartasdinagraficas de superficie y

calcular la de fondo en tiempo real.

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