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Bombeo Mecánico Convencional MSC. DOUGLAS CHINCHILLA MAYO. 2019
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Introducción: En esta unidad se presentan los tópicos concernientes al diseño en bombeo mecánico, su evolución, sus consideraciones, las limitaciones y ventajas del método, y los fundamentos básicos necesarios para desarrollar un criterio de diseño eficiente para éste sistema de levantamiento
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Aplicación Producción de crudos pesados y extra pesados, aunque también se usa en la producción de crudos medianos y livianos. No se recomienda En pozos desviados si se produce sólidos y/o la relación gas- líquido sea muy alta por lo que afecta la eficiencia de la bomba.
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Consideraciones de diseño: Productividad Los equipos deben ser capaces de manejar la producción disponible. Los equipos de superficie deben soportar las cargas originadas por los fluidos y equipos de bombeo de pozo. Profundidad La profundidad del pozo es un factor determinante de los esfuerzos de tensión, de elongación y del peso.
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El instituto Americano identifica de acuerdo con la geometría y forma de la estructura, tres clases de unidades de bombeo mecánico: Convencional, Neumático, Mark II. Dela misma manera el API ha desarrollado un método estándar para la descripción de las unidades de bombeo. C - 320 - 256 - 100 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 TIPO DE UNIDAD C: Convencional A: Balanceadas o aire B:Con contrapeso en el Balancín M: Mark II RM: Reverse Mark
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A continuación se describen algunos de los factores más importantes a considerar: Bomba de Subsuelo: Las bombas de subsuelo pertenecen a la familia de bombas de desplazamiento positivo, del tipo reciprocante. Estas bombas son colocadas en el fondo del pozo, a profundidades que oscilan entre 200 y 7000 pies. La bomba de subsuelo es el primer elemento que se debe considerar al diseñar una instalación de bombeo mecánico para un pozo, ya que de acuerdo al tipo, tamaño y ubicación, se dimensiona el resto de los componentes del sistema.
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Tasa de Producción: La cantidad de fluido manejado es inversamente proporcional a la profundidad, estamos hablando que a 1000 pies de profundidad estaríamos en capacidad de manejar hasta 4000 barriles de fluido por día, en cambio para profundidades por encima de 7000 pies, apenas manejaríamos hasta 500 barriles de fluido diario.
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Sarta de Cabillas o Varillas La sarta de cabillas se comporta como un cuerpo flexible debido a su esbeltez y su movimiento este influenciado por la inercia que se genera a partir del movimiento transmitido desde la unidad de bombeo. En este sentido el sistema de bombeo mecánico es sensible a la profundidad, y se debe tomar en cuenta al momento de diseñar.
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En la gráfica se observa que a medida que aumenta la profundidad los costos se incrementan, eso debido a que se tiene una sarta mas larga y a su vez se requieren de unidades de bombeo de mayor capacidad para poder manejar una sarta de mayor peso, longitud y mayor demanda hidráulica.
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Cargas en las cabillas y en la caja de Engranajes: Estos factores darán dimensión al equipo de superficie y a la sarta de cabilla. Los mismos se calcularán a partir del potencial del pozo, la cantidad de flujo manejado y el diámetro de la bomba Costo de la Energía y eficiencia del sistema: Por ejemplo, si la prioridad es minimizar los costos de energía, se puede utilizar bombas más grandes y velocidades de bombeo menor, pero a su vez, bombas más grandes incrementan las cargas en las cabillas y los torques en la caja de engranaje, por lo tanto se requiere de unidades de bombeo más grande, por supuesto incide en los costos de inversión. Por otra parte, si se quiere utilizar bombas de menor dimensión, pero con igual producción, es necesario aumentar la velocidad y la carrera de bombeo, esto incrementa el consumo de energía pero podría reducir el requerimiento del tamaño de la unidad de bombeo.
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Equipo de Bombeo Mecánico: El sistema de bombeo está conformado por una serie de equipos de superficie y de subsuelo, los cuales se encuentran conformados de la siguiente forma Equipos de superficie: Unidad de Bombeo, motor de la unidad y cabezal de pozo Equipos de subsuelo: Bomba, Ancla de gas, cabillas y tubería de producción. Descripción del equipo de superficie: Unidad de Bombeo La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional de la unidad motriz al movimiento ascendente-descendente de la barra pulida, además posee suficiente capacidad de carrera para producir el fluido que deseas.
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Motor: Suministra la energía necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos del pozo. Caja de Engranaje: Es un sistema de engranajes cuyo objetivo es reducir la velocidad de rotación entre el motor primario y el sistema biela-manivela. Pueden ser de sistema de reducción simple, doble o triple. La figura muestra una caja de engranaje de doble reducción. La caja de engranaje representa una de las partes más costosa de la unidad de bombeo.
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Manivela: Transmite el movimiento de la caja de engranaje o transmisión a las bielas del balancín, que están unidas a ellas por intermedio de pines
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Pesas o Contrapesos Generalmente se encuentran ubicados en la manivela y en algunas unidades sobre la viga principal, en el extremo opuesto del cabezote. Se utilizan para balancear las fuerzas desiguales que se originan sobre el motor durante las carreras ascendente y descendente del balancín Prensa estopa ( STUFFINGBOX) Se instala en el cabezal del pozo con el fin de impedir el derrame de petróleo por la acción del movimiento de la barra pulida. Consiste en una cámara cilíndrica que contiene los elementos de empaque que se ajustan a la barra pulida para efectuar el sello
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Barra Pulida (POLISH ROD) La Barra Pulida es una pieza sólida de acero que se mueve dentro de la tubería y es la que soporta la mayor carga del sistema de allí que su correcta selección es muy importante para el Optimizador. Su función es soportar el peso de la sarta de cabillas, de la bomba y del fluido dentro de la tubería. La Barra pulida se fabrica en un material resistente y viene generalmente en diámetros de 1 ¼ y 1 ½ pulg y longitudes de16 y 22 pies. UNIDADES DE BOMBEO Los tipos de unidades de bombeo más populares son: Tipo convencional Mark II Balanceadas por Aire
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Descripción del Equipo de Subsuelo: Sarta de Cabillas Las principales funciones de la sarta de cabilla de succión en un sistema de bombeo mecánico son las siguientes: Transferir energía, soportar cargas y accionar la bomba. Los principales problemas presentados por la sarta de cabillas son las partiduras y el desenroscado de las mismas lo que se debe principalmente a: Efectos de corrosión Se aprietan demasiado al ser instaladas Daños al manejarlas entre otros
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Clase de Cabillas Clase K Resistente a corrosión Clase C Resistente a corrosión, trabajo pesado Clase D Trabajo extra pesado sin H2S
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Bomba de Subsuelo: Es una bomba pistón de desplazamiento positivo, desde su profundidad de instalación hasta la superficie que funciona por diferencias de presión, mediante bolas y asientos, para permitir la entrada y sello de fluidos en círculos periódicos sincronizados. Una bomba de sub-suelo consta de 5 partes principales: a) Barril o cámara (fijo o movible) b) pistón o émbolo (movible o fijo) c) válvula viajera contenida en el pistón d) válvula fija contenida en el sistema de anclaje e) sistema de anclaje inferior o superior.
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Ancla de Gas Las bombas, al contrario de los compresores, no están diseñadas para bombear el gas libre que normalmente existe. La eficiencia volumétrica puede ser afectada en forma muy significativa llegando, en casos extremos, al llamado bloqueo por gas o “gas lock”. El bloqueo por gas resulta cuando la válvula viajera no abre en la carrera descendente debido a que la presión en la cámara es mucho menor que la de descarga debido al gas presente Un ancla de gas consiste en un tubo ranurado o perforado, colocado en la zapata de anclaje y se utiliza para mejorar la separación de gas antes de la entrada del fluido a la bomba, lo cual origina una mayor eficiencia volumétrica de la bomba.
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Existen varios tipos de anclas como son: Natural, Niple Perforado, copa y Copa Multicopa.
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Tubería de Producción: El fluido se produce a través del anular tubería-cabillas hasta la superficie. Cuando la tubería está anclada al anular, esta tiene un efecto menor en el comportamiento del sistema en la mayoría de los casos. Si la tubería no está anclada entonces podría afectar las cargas sobre las cabillas y el desplazamiento de la bomba debido a su estiramiento.
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