República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa Universidad Nacional Experimental De La Fuerza Armada UNEFA- Núcleo, Anzoátegui
Integrantes:
Facilitador:
Álvarez Jheanny V-24.228.017
Ing. José Barrera
Arvelay Alexis V- 21.176.779 Bellorin Carlos V- 15.846.386 Cumaraima Fabianny V-25.015.388
Hernández Leonardo V-24.846.317 Moreno Dayana V- 24.227.066 Romero Jordan V- 24.846.202 Salazar Betsabed V-25.487.195
VII Semestre de Ing. Petróleo Petróleo Sección N02
San Tomé, Noviembre 2013
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ÍNDICE
...................................................................................................... ........................................................................ .................. 03 Introducción ................................................
Bombeo mecánico............................................................................................................ 04 Historia del diseño, instalación del bombeo mecánico ................................................. 06 Mecanismos de producción del bombeo mecánico ....................................................... 09 Sistemas de bombeo mecánico ..................................................................................... 10 Equipos de superficie .................................................................................................... 13 Tipos de unidades del bombeo mecánico...................................................................... 16 Diferencia en aplicación y características ..................................................................... 17 ....................................................................................................... ........................................................................ .................. 20 Concusiones ................................................. ........................................................................................................ ........................................................................ .................. 21 Bibliografía ..................................................
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INRODUCCIÓN
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BOMBEO MECÁNICO Este es un método muy difundido en nuestro país y uno de los más antiguos. Fue de hecho el primer sistema artificial de bombeo. Los equipos actuales poco tienen que ver con sus antecesores desde el punto de vista materiales, pero el concepto operativo es idéntico. No es el más económico ni en su costo inicial ni operativo ya que poseen una estructura relativamente grande en la superficie y esto unido a la inclemencia del clima patagónico, implica un mantenimiento importante para asegurar su funcionamiento. Las bombas son del tipo llamado de tubería de educción, ya que el cilindro o pistón de la bomba va conectado a la tubería de educción y se mete en el pozo como parte integral de la sarta a la profundidad deseada de bombeo. El émbolo de la bomba, que lleva la válvula viajera, constituye la parte extrema inferior de la sarta de varillas de succión. La sarta de varillas se mete en la tubería de educción hasta llegar a la válvula fija, ubicada en el fondo del cilindro. Luego se sube la sarta de varillas cierta distancia y por medio del vástago pulido, colgador y riendas se fija en el balancín, de manera que en la carrera descendente no golpee la válvula fija. Otro tipo de bomba es la integral, en la cual todos sus elementos conforman una sola pieza, que utilizando la sarta de varillas se puede colocar o extraer, sin necesidad de sacar la sarta de educción, para cambiarle algunos de sus componentes o reemplazarla por otra del mismo diseño. Este tipo requiere que la sarta de educción sea provista de un niple adecuado o dispositivo similar para encajarla. Como las válvulas fija y viajera deben ser resistentes a la corrosión y a la abrasión, sus esferas y asientos se fabrican de acero inoxidable, acero templado, metal monel, aleaciones de cobalto, acero tungsteno o bronce. El revestimiento y la manera de terminar el pozo pueden ser muy parecidos a la antes descrita para pozos de flujo natural, excepto que la gran diferencia estriba en cómo hacer
llegar
el
petróleo
desde
el
fondo
del
pozo
a
la
superficie.
El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta presión, suficiente para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por tanto, el bombeo mecánico no es más que un procedimiento de succión y transferencia casi continúa del petróleo hasta la superficie. El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el movimiento de sube y baja a 4
la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo. La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería de educción. En la carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo que está en la tubería y la válvula fija permite que entre petróleo a la bomba. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie como en el bombeo mecánico hay que balancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancín o en la manivela. Otra modalidad es el balanceo neumático, cuya construcción y funcionamiento de la recámara se asemeja a un amortiguador neumático; generalmente va ubicado en la parte delantera del balancín. Este tipo de balanceo Se utiliza para bombeo profundo. La bomba en sí misma se encuentra en el fondo y se le transmite el movimiento a través de varillas que hacen su recorrido por dentro del tubing. Al descender, la válvula inferior se cierra y el pistón de la bomba baja llenándose de petróleo. Al subir, la válvula inferior se abre y mientras el pistón jala el petróleo que tiene dentro hacia arriba, a la vez llena la parte inferior por succión con una nueva carga que posteriormente elevará. Así opera en forma alternativa o batch. Dado el gran brazo de torque que tienen, son el tipo de bomba preferido en caso de tener que generar grandes presiones. La motorización puede ser eléctrica o con motor a explosión. Usual mente el sistema de bombeo mecánico se aplica cuando se ti ene:
Bajo IP. No haya producción de arena, o sea muy baja. La presión de fondo fluyendo debes ser suficiente para tener un nivel estático en el pozo.
Que no haya depósitos de parafinas.
Que la Pwf sea mayor al Pb a la profundidad de la bomba.
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HISTORIA DEL DISEÑO E INSTALACIÓN DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO MECÁNICOS EN VENEZUELA El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie. La unidad de superficie imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba colocada en la sarta de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo. Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo abastecida con energía suministrada a través de una sarta de varillas. La energía proviene de un motor eléctrico o de combustión interna, la cual moviliza una unidad de superficie mediante un sistema de engranajes y correas. El bombeo mecánico convencional nació prácticamente con la industria petrolera cuando el coronel Drake perforo su pozo en Pennsylvania en 1859. En aquellos tiempos la perforación se hacía con herramientas de percusión. La mecha se suspendía mediante una especie de balancín hecho con madera y se dejaba caer, más o menos en la misma forma a como hoy en día se hincan los pilotes en una construcción. Cuando el pozo moría, era más fácil usar el balancín de manera que había quedado en el sitio para operar la bomba de sub-suelo. Así nació el bombeo mecánico convencional. Aunque hoy en día ya no se usan cabillas ni balancines de madera ni mucho menos maquinas a vapor, los componentes del método son los mismos. El balancín, símbolo del método, todavía se usa para convertir el movimiento rotatorio del motor en reciprocarte para impulsar la bomba. Otro componente son las cabillas y el tercero, la bomba misma que todavía usa un pistón, en el barril y las válvulas fijas y viajera. La evolución de estos componentes, tanto en diseño como en materiales, la tecnología electrónica y el avance en las aplicaciones de análisis y diseño, han contribuido para que el bombeo mecánico convencional moderno haya dejado de ser la cenicienta de los métodos de producción reservado solo a los pozos que llegaban al final de su etapa productiva. Por su larga historia, no es difícil pensar que este método es el más popular y usado en la industria petrolera a nivel mundial. En Venezuela, para diciembre del 2000, de los 15422 pozos activos, aproximadamente 6500
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producían con este método. Más aun, hasta el presente es el único método capaz de manejar la producción de los pozos de inyección a vapor.
Ventajas
El diseño es poco complejo.
El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo.
Es aplicado en crudo pesado y altamente viscoso.
Puede utilizar combustible o electricidad como fuente de energía.
El equipo puede ser operar a temperatura elevadas.
Permite variar la velocidad de embolada y longitud de carrera para el control de la taza de producción.
Desventajas
La efectividad del sistema puede verse afectada severamente por la presencia del gas.
La presencia de arenas ocasionan el desgaste severo del equipo.
Requiere altos costos y mantenimiento.
Posee profundidades limitadas.
El equipo es pesado y ocupa mucho espacio.
La taza de producción declinan rápidamente. El método de bombeo mecánico convencional, es una herramienta muy simple y
efectiva en las condiciones apropiadas para su funcionamiento y ha sido un fiel aliado del ser humano en su búsqueda y extracción por el muy preciado petróleo. Sin embargo, los retos que se presentan en la industria con yacimientos más profundos o con características diferentes, nos obligan a utilizar otros métodos de levantamiento para poder obtener el mayor beneficio del yacimiento encontrado. Diseñ o de equipos de bombeo mecánico
Es un procedimiento analítico mediante cálculos, gráficos o sistemas computarizados para determinar el conjunto de elementos necesarios en el levantamiento artificial de pozos accionados por cabilla. La función de este procedimiento es seleccionar
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adecuadamente los equipos que conforman el sistema de bombeo mecánico a fin de obtener una operación eficiente y segura con máximo rendimiento al menor costo posible.
Paso 1: Se debe seleccionar el tamaño de la bomba, el diámetro óptimo del pistón, bajo condiciones normales. Esto va a depender de la profundidad de asentamiento de la bomba y el caudal de producción.
Paso 2: La combinación de la velocidad de bombeo (N) y la longitud de la carrera o embolada (S), se selecciona de acuerdo a las especificaciones del pistón. Se asume una eficiencia volumétrica del 80%.
Paso 3: Se debe considerar una sarta de cabillas (se debe determinar el porcentaje de distribución si se usa más de dos diámetros de cabilla) y el diámetro de pistón, se determina un aproximado de la carga máxima para el sistema en estudio.
Paso 4: Chequear el valor de factor de impulso para la combinación velocidad de bombeo (N) y longitud de carrera (S) establecidos en el Paso 2.
Paso 5: Cálculo de la carga máxima en la barra pulida. Para este propósito será necesario obtener cierta data tabulada de acuerdo a los datos establecidos en los pasos previos. Primero se determinará el peso de las cabillas por pie y la carga del fluido por pie. Ahora se calcula el peso de las cabillas en el aire (Wr), la carga dinámica en las cabillas (CD) y la carga del fluido (CF) a la profundidad objetivo.
Wr = peso cabillas (lb/ft) x Prof. (ft) CD = F.I. x Wr (lb) -----> Donde F.I. (Factor de Impulso) CF = peso fluido (lb/ft) x Prof. (ft) Carga máxima barra pulida = CD + CF
Paso 6: Cálculo de la carga mínima de operación (CM), el contrabalanceo ideal y torque máximo.
CM = Disminución de la carga debido a la aceleración (DC) – fuerza de flotación (FF) DC = Wr x (1-C) -----> Donde C = (N^2 x S)/70500 FF = Wr x (62,5/490) -----> Valor constante Para el contrabalanceo ideal se debe proporcionar suficiente efecto de contrabalanceo para darle suficiente valor de carga, el cual va a ser el promedio entre el máximo (carga máx. barra pulida) y el mínimo recién calculado.
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Entonces, contrabalanceo ideal = promedio de carga (entre máx. y min) – la carga mínima. Torque máx. = Contrabalanceo ideal x Punto medio de la longitud de carrera (S/2).
Paso 7: Estimación de poder del motor eléctrico. Conocida la profundidad de operación, °API del crudo y el caudal requerido de producción, se obtiene una constante que es multiplicada por el caudal de producción. Este valor obtenido son los HP necesarios justos para levantar el caudal requerido. Lo que se recomienda es que este valor obtenido se incremente de 2 a 2,5 veces para tener un factor de seguridad.
Paso 8: Cálculo de desplazamiento de la bomba. El valor obtenido de P sería el valor de caudal de producción si la bomba trabaja al 100% de eficiencia. El diseño de la bomba debe tener al menos el 80% de eficiencia. En crudos pesados debe tener un máximo de 18 strokes/minutos (promedio 15° API).
P=CSN P = Desplazamiento de la bomba C = Constante de la bomba, depende del diámetro del pistón N = Velocidad de bombeo (SPM)
Paso 9: Profundidad de asentamiento de la bomba. Esto dependerá enormemente de la configuración mecánica del pozo. Si este método no cumple, por lo general se asienta a 60 o 90 pies por encima del colgador. Otras bibliografías hacen referencia que se asienta 300 pies por debajo del nivel de fluido.
MECANISMOS DE PRODUCCION POR BOMBEO MECANICO (CASO A, B y C) Los mecanismos de producción de bombeo o balancines se diseñan con geometría de palanca que son de clase I y clase III. Los primeros pueden ser serie A serie B o C. Un tipo adicional son los serie M que se diseñan con un tipo de palanca clase II, y se consideran adicionalmente el torque. En esta nomenclatura de letras se hace referencia a la geometría de la viga. Así los aparatos seria A se construyen con los brazos de la viga principal de la misma longitud con lo cual la carrera de la cabeza del caballo es el doble del radio R de la manivela. Los aparatos serie B y C se construyen con la dimensión desde el cojinete central del eje del pozo de mayor longitud 9
que el brazo posterior de la viga con el objeto de aumentarle la carrera al aparato. El aspecto físico o tipo de balancín está dado por la clase de palanca y el tipo de balanceo, los de clase I están balanceados en la viga o en la manivela y los de clase III en la manivela o por aire. La geometría de este tipo de unidades de bombeo clase III se caracteriza por tener un punto de apoyo al final de la viga viajera, es decir lejos de la cabeza del balancín dentro de estas se ubican las unidades balanceadas por aire y la conocida como Mark II. También se identifican de acuerdo al tipo de balanceo como:
Clase A: Balanceada por aire
Clase B: Balanceada por la viga
Clase C: Balanceada en la manivela o convencional
Clase M: Unitorque Mark II
SISTEMAS DEL BOMBEO MECANICO Los sistemas de bombeo mecánico consisten esencialmente de cinco componentes:
1. Bomba subsuperficial La cual desplaza el fluido del fondo del pozo. Las bombas subsuperficiales movidas por varillas se dividen en tres tipos: a) Bombas de tubería de pr oducción:
Las bombas de tubería de producción, por ser de un diámetro mayor, pueden manejar volúmenes más grandes de líquidos que las bombas de inserción, sin embargo, la carga de fluido sobre la unidad de bombeo no debe ser mayor. La desventaja de estas bombas estriba en que el barril forma par te de la misma tubería de producción, para efectuar alguna reparación o reposición de partes es necesario extraer la tubería de producción completa; lo que significa una operación más complicada, y por consiguiente, más costosa. Un factor importante que debe tomarse en cuenta es el alargamiento de las varillas por la carga de fluido, lo que se traduce en una disminución en la carrera efectiva del émbolo, siendo más crítica a medida que aumenta la profundidad del pozo. Las bombas de tubería de producción operan mejor en pozos que tienen alto nivel de fluidos y en donde la verticalidad del mismo haya sido comprobada. 10
b) Bombas de inserción:
Se les denomina bombas de inserción porque el conjunto total de la bomba (barril, émbolo y válvula estacionaria) que va conectado en el extremo inferior de la sarta de varillas se inserta en un niple de asiento (zapata-candado) instalado en la tubería de producción. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubería de producción, ya que para hacer una reparación o sustitución de la bomba no es necesario extraer la tubería de producción. La bomba de inserción se desancla y se extrae con la sarta de varillas. Este tipo de bomba es el que más se utiliza en el Activo de Producción Poza Rica. c) Bombas de tu bería de r evesti mi ento:
Este tipo de bombas son sólo una versión más grande de las bombas de inserción. M aterial es Uti li zados en l a F abri cación de la B omba
Cualquier bomba subsuperficial, movida por varillas, está constituida de los siguientes elementos esenciales:
Barril de trabajo.
Émbolo.
Válvulas. Los costos de producción de aceite se incrementan notablemente por fallas
frecuentes de la bomba subsuperficial, tanto por los costos de extracción del equipo como por la producción diferida. Por esta razón, es de primordial importancia que de acuerdo con las condiciones del pozo, se seleccione correctamente el tipo de bomba por usar, tomando en cuenta las características de los materiales utilizados en su fabricación.
2. Sarta de varilla Transmite la potencia de la bomba desde la superficie. La función de la sarta de varillas de succión es: transmitir el movimiento de bombeo superficial y la potencia a la bomba subsuperficial. También incluye, si es necesario, la sarta de tubería de producción, dentro de la que operan las varillas de succión, la cual conduce hasta la superficie los fluidos bombeados. Las varillas de succión disponibles en el mercado son de cinco diferentes diámetros estándar. Su diseño consiste esencialmente en determinar la sarta más ligera, y por lo tanto, la más económica, que pueda utilizarse sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas. 11
3. Unidad superficial Transfiere el movimiento de rotación a oscilación lineal de la sarta de varillas. Las conexiones superficiales tienen la función de conducir los hidrocarburos producidos por el pozo a la línea de descarga y por ende, hasta la batería de separación; todas ellas deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/plg2, elaboradas en tubería de 2”DIAMETRO efectuando corte y cuerda a fin de adecuarlas a las longitudes necesarias; debido a que las dimensiones varían de acuerdo a cada instalación, generalmente serán elaboradas al momento de ser instaladas en un pozo de reciente conversión al sistema de bombeo mecánico. Cuando se trate de un reacondicionamiento se instalarán las mismas conexiones superficiales que tenía el pozo antes de la intervención con el equipo de terminación y reparaciones de pozos Dos accesorios superficiales (varilla pulida y mordaza), tienen la función de transmitir el movimiento alternativo a la sarta de varillas de succión; otros dos accesorios (Estopero y Preventor) tienen la función de dar seguridad, a fin de evitar derrames de hidrocarburos al medio ambiente y las válvulas de retención o check cuya función es dejar pasar los fluidos en una sola dirección, evitando su regreso al interior del pozo y así en superficie, se complementa el ciclo ideal de bombeo.
4. Sistema de engranes Controlan la velocidad de la maquina o la del motor primario. Su función es reducir o controlar la velocidad del motor principal a una velocidad de bombeo adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsión máxima a la que estará sujeto el reductor de engranes, ya que el método del Instituto Americano del Petróleo (API por sus siglas en inglés) usa la torsión máxima como base para el rango de las unidades de bombeo. La designación del Instituto Americano del Petróleo para una unidad es simplemente la torsión máxima permisible en el reductor de engranes en miles de pulgadas-libras. Por ejemplo: una unidad normada por el Instituto Americano del Petróleo tamaño 114, tiene un rango de torsión máximo de 114,000 plg-lbs. El Instituto Americano del Petróleo tiene estandarizados 16 rangos de torsión máxima, que varían desde 6.4 hasta 1’824,000 plg-lbs. La polea del reductor de engranes es el elemento que recibe la potencia del motor principal a través de bandas. La relación del diámetro de la polea del reductor de engranes al diámetro de la polea del motor, y la reducción de velocidad en el reductor de engranes, 12
determinan la reducción total de velocidad del motor principal hasta la varilla pulida. Los tamaños disponibles de poleas de la unidad y el número y tipo de bandas que deben usarse, pueden determinarse de las especificaciones del fabricante de unidades de bombeo.
5. Motor primario superficial Suministra la potencia necesaria al sistema. La función del motor principal es proporcionar a la instalación energía mecánica que eventualmente será transmitida a la bomba y usada para elevar el fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe, por supuesto, tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado desde el nivel de trabajo del fluido en el pozo. El motor principal puede ser una máquina de combustión interna (gas natural o diesel) o puede ser un motor eléctrico. La selección del tipo de motor principal depende de los recursos locales, del suministro y costo del combustible (diesel, gas natural) o energía eléctrica, de la capacidad para el mantenimiento y de la existencia de personal experimentado. El uso de motores eléctricos facilita el análisis del comportamiento de la unidad de bombeo en dos aspectos:
Permite medir con un amperímetro de gancho, el rango de trabajo y así observar cuando existe una pérdida o sobrecarga del peso en la sarta de varillas sin interferir con la operación del pozo.
Tienen un bajo costo inicial, menor costo de mantenimiento y son más
fáciles de ajustar a un sistema automático. Por otra parte, las máquinas de gas tienen la ventaja de un control de velocidad más flexible y pueden operar en un rango más amplio de condiciones de carga. El costo del combustible puede ser inferior al de la energía eléctrica, aunque conforme se incrementan los costos del combustible, esta condición puede invertirse. Cualquier diseño para la instalación del bombeo mecánico, debe considerar el
comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre ellos. Sin embargo, aún existen aspectos de ingeniería de este sistema de producción artificial que no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es necesario comprender el proceso de bombeo, debido a la tendencia de bombear pozos cada vez más profundos.
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EQUIPOS DE SUPERFICIE La unidad de superficie de un equipo de bombeo mecánico tiene por objeto transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad de asentamiento de la bomba de subsuelo con la finalidad de elevar los fluidos desde el fondo hasta la superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas. Como su nombre lo indica hace referencia al conjunto de partes que se pueden observar a simple vista integrados por:
Motor.
Unidad de bombeo (balancín).
Caja reductora.
Barra lisa.
Contrapesas (unidad convencional)
Cabeza del pozo.
Caja de empaques (stunffing box).
Líneas de flujo.
M otor primario
Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de los pozos.
Caja reductora:
La caja reductora pertenece a los engranajes que tiene como función reducir la velocidad rotacional del motor a la velocidad requerida para efectuar el bombeo y al mismo tiempo incrementa el torque disponible sobre su eje de baja velocidad.
Bar ra li sa(polished rod)
También incluida a la unidad de bombeo , esta estructuralmente conecta el balancín a la sarta de varillas y asegura una superficie de sellamiento en el cabezal del pozo con el fin de mantener los fluidos dentro del pozo.
Uni dad de Bombeo (Balancín)
Es una máquina integrada, cuyo objetivo es de convertir el movimiento angular del eje de un motor o reciproco vertical, a una velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sarta de cabillas y la bomba de subsuelo. La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotatorio del motor principal en movimiento ascendente y descendente de la 14
sarta de varillas. Este movimiento es denominado recorrido. La unidad de bombeo está compuesta por:
Caja Reductora (Gear Reducer)
Contrapesos (Counterweight)
Algunas de las características de la unidad de balancín son:
La variación de la velocidad del balancín con respecto a las revoluciones por minuto de la máquina motriz.
La variación de la longitud de carrera.
La variación del contrapeso que actúa frente a las cargas de cabillas y fluidos del pozo. Para la selección de un balancín, se debe tener los siguientes criterios de acuerdo a
la productividad y profundidad que puede tener un pozo: a) 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.
Factibilidad de disponer de las condiciones de bombeo en superficie adecuada.
b) Profundidad:
La profundidad del pozo es un factor determinante de los esfuerzos de tensión, de elongación y del peso.
Afecta las cargas originadas por los equipos de producción del pozo.
Grandes profundidades necesitan el empleo de bombas de subsuelo de largos recorridos. La disponibilidad de los balancines va a depender fundamentalmente sobre el diseño
de los mismos. Los balancines sub-diseñados, limitan las condiciones del equipo de producción y en consecuencia la tasa de producción del pozo. Los balancines sobrediseñados, poseen capacidad, carga, torque y carrera están muy por encima de lo requerido y pueden resultar muchas veces antieconómicos. Clasif icación de los Bal ancines
Balancines convencionales: Estos poseen un reductor de velocidad (engranaje)
localizado en su parte posterior y un punto de apoyo situado en la mitad de la viga. 15
Estos poseen un reductor de velocidad en su Balancines de geometr ía avanzada: parte delantera y un punto de apoyo localizado en la parte posterior del balancín. Esta clase de unidades se clasifican en balancines mecánicamente balanceados mediante contrapesos y por balancines balanceados por aire comprimido. Los balancines de aire comprimido son 35% más pequeñas y 40% más livianas que las que usan manivelas. Se utilizan frecuentemente como unidades portátiles o como unidades de prueba de pozo (costafuera).
Motor
Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de los pozos. Este puede ser un equipo de combustión interna o eléctrica siendo este último el de mayor utilización en la industria. La potencia del motor depende de la profundidad de la bomba, nivel de fluido, de la velocidad de bombeo y del balanceo de la unidad y demás características propias del pozo. Hay dos tipos de motores usados principalmente:
Motores eléctricos
Motores de combustión interna
Elemento de conexión entre la unidad de bombeo, instalada en la Varillas: superficie y la bomba de sub-suelo. Mediante de esta se transmite el movimiento reciproco vertical a la bomba para el desplazamiento del fluido generalmente son productos de acero y por lo tanto poseen propiedades de masa y elasticidad. La sarta de varillas conecta la bomba de subsuelo con la varilla pulida, su principal función es transmitir el movimiento reciprocante de la varilla pulida de la bomba.
Cabezal del pozo:
Este ensamblaje contiene prensa estopas (stuffting box) que sella sobre la barra lisa
y una te de su pericia para hacer que los fluidos del pozo lleguen a la línea de flujo. El espacio anular de la tubería de revestimiento usualmente está conectado a través de la válvula de cheque a la línea de flujo.
TIPOS DE UNIDADES DE BOMBEO MECANICO Los diferentes tipos de unidades de bombeo se clasifican de acuerdo con la distribución y localización de los elementos que integran el equipo superficial. De acuerdo 16
con esto se distinguen en: a) Un idad Convencion al (Clase I ):
Se le conoce también como unidad convencional, esta unidad tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera apoyada a la mitad del balancín. La unidad de bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del balancín, ha sido el tipo de unidad más usado en los campos petroleros. La rotación de los contrapesos hace que el balancín pivotee sobre el eje del rodamiento central, moviendo la varilla pulida hacia arriba y hacia abajo a través de sus diferentes conexiones. Los contrapesos localizados en la manivela, son bloques pesados de hierro fundido. Estos contrapesos pueden moverse a lo largo de la manivela para producir mayor o menor efecto de contrapeso. Puede tener contrapesos rotativos o contrapesos en el extremo del balancín, la rotación de los contrapesos son usados para contrarrestar el peso de la varilla de succión y del fluido extraído. El esfuerzo del motor principal es aplicado en el extremo del balancín y la resistencia de la carga del pozo esta aplicada en el extremo opuesto del balancín. b) Unidad Mark I I (Clase I I I ):
Conocida también como unidad con montaje frontal. El compensador está colocado directamente encima del reductor y se desplaza cerca de la cabeza del balancín produciendo una carrera ascendente y descendente de 195° y 165°, la carrera ascendente reduce la aceleración cuando la carga es máxima con lo que se reduce la carga máxima en la varilla pulida. Además se obtiene una ventaja mecánica al levantar la carga y el factor máximo de torque se disminuye. Los contrapesos son colocados en forma descentrada en la manivela, lo que produce que al principio de la carrera ascendente retarde el torque del pozo y al inicio de la carrera descendente el torque de contrabalanceo queda adelantado. c) Uni dad Aerobalanceada (Clase I I I ):
Es la cual se emplea principalmente para bombeo profundo, en bombeo de altos volúmenes con carreras largas y en bombeo de crudos pesados entre otros. d) Un idad Rotafl ex de Bombeo de Carr era L arga.-
Con la unidad Rotaflex, se pueden utilizar bombas a pistón en pozos donde antes solo operaban bombas electrosumergibles o hidráulicas. Su larga carrera de (hasta 366 pg, o 9.3 m) y la posibilidad de trabajar a muy bajos 17
ciclos por minuto permiten un completo llenado de la bomba y una menor carga dinámica. Los gráficos dinamométricos revelados en los pozos que operan con Rotaflex son similares a un gráfico de carga ideal (modelo teórico). El bombeo con la unidad Rotaflex, reduce la carga estructural sobre el equipo, alargando la vida útil de la instalación de fondo y de la sarta de varillas, ya que la sarta de varillas trabaja a velocidades relativamente constantes. e) Un idad Hi droneumáti ca (Tieben)
La cual es una unidad de bombeo alternativo para el movimiento de varillas, cuyo principio de funcionamiento es sobre la base de presiones hidráulicas compensadas debido a la compresión y expansión del nitrógeno (N2), este nitrógeno se encuentra dentro de un acumulador que soporta 2/3 de la carga total de la varilla pulida y remplaza a los contrapesos de la unidad de bombeo mecánico convencional. Con el principio hidroneumático se pueden levantar cargas de hasta 40,000 lbs en la varilla pulida, con una carrera efectiva máxima de 120 pg y con hasta ocho emboladas por minuto; estas pueden ser modificadas según las necesidades de la operación.
DIFERENCIAS EN CUANTO A LA APLICACION Y CARACTERISTICAS DE LOS TIPOS DE BOMBEO MECANICO
Apl icaciones y características de la un idad rotaflex de bombeo de carr era larga:
Pozos de alto caudal y alta carga dinámica.
Pozos desviados y horizontales.
Pozos con alta frecuencia de intervención por problemas de fondo.
Operaciones que requieren de ahorro de energía.
La excepcional longitud de carrera y su diseño único hacen que la unidad Rotaflex sea mucho más eficiente que otras unidades de bombeo. Los ahorros en costos de energía oscilan entre un 15% y un 25%.
La velocidad constante y una menor cantidad de ciclos por minuto alargan la vida útil de la
unidad de bombeo, de la bomba de fondo de pozo y de la sarta de varillas.
La longitud de carrera da lugar a menos ciclos y movimientos de reversa, lo que otorga 18
mayor eficiencia y confiabilidad en el sistema.
Su carrera larga y la posibilidad de trabajar a muy bajos ciclos por minuto permiten un completo llenado de la bomba y una menor carga dinámica.
La unidad Rotaflex se entrega totalmente armada, para facilitar su instalación y puesta en servicio.
Una longitud de carrera más larga genera un mayor coeficiente de compresión en la bomba, lo que minimiza los problemas de bloqueo por gas. El sistema de inversión de movimiento es totalmente mecánico y su excepcional confiabilidad está avalada por más de 20 años de uso en el campo.
La banda de carga para servicio pesado que conecta el sistema de potencia con la sarta de varillas de bombeo, actúa como amortiguador de choques, lo que reduce eficazmente la fatiga de todo el sistema, alargando su vida útil.
El pequeño radio de la corona, reduce notablemente la demanda de torque necesaria y permite el uso de un motor y de un reductor más pequeños, que son más económicos de operar.
Apl icaciones y características de la uni dad convenci onal :
Aplicable en crudos pesados y altamente viscoso.
Es de fácil manejo y mantenimiento mínimo.
Aplicable a limitada profundidad y volumen a elevar.
La unidad de bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del balancín, ha sido el tipo de unidad más usado en los campos petroleros. Un limitante de esta unidad es su tamaño que aumenta notablemente en función a la producción a extraer.
Apl icaciones y características de la unidad de bombeo M ark I I (clase I I I ) Rango de cargas en l a uni dad M ark I I :
Debido a que la unidad Mark II se mueve hacia arriba con 40% menos de aceleración que la unidad convencional, su factor de impulso es (1+0.6 oo) y en la carrera descendente es (1-1.4 oo). La unidad Mark II reduce la carga máxima más de lo que reduce la carga mínima, lo que significa que normalmente se tendrá un rango menor de cargas que con la unidad convencional, lo que tiende a aumentar la vida de las varillas y a reducir la pérdida de 19
producción debido al menor mantenimiento por fallas de varillas. Esto se reflejará en un ahorro en costos operacionales; otra reducción que se tiene en este tipo de unidades es en el costo de electricidad, ya que como la demanda de torque es más uniforme, generalmente, se requiere el uso de un motor más pequeño, el cual, si es eléctrico, requerirá menor energía.
Aplicacion es y caracter ísticas de la un idad de bombeo aerobalanceada:
Aparte de las ventajas de diseño y eficiencia que tiene este tipo de unidad, tiene más aplicaciones, principalmente para el bombeo profundo, en bombeo de altos volúmenes con carreras largas, en bombeo de crudos pesados, etc. En muchos casos no hay más alternativa que el uso de estas unidades, porque sería impráctico el uso de unidades con contrabalanceo rotativo aún en los tamaños más grandes. Por ejemplo, la unidad convencional de mayor tamaño que se construye hoy en día, es la C-1824D-365-192. En el tipo de unidad Mark II, la más grande es la M-1824D-427-216. En cambio, la unidad aerobalanceada se fabrica hasta el tamaño A-2560D-470-240. Esta unidad tiene 240 plg de carrera máxima con un torque de 2’560,000 lbs -plg, o sea, casi el doble de capacidad de torque que la más grande
unidad Mark II.
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CONCLUSIONES
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BIBLIOGRAFÍA
Páginas de internet consultadas:
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http://www.monografias.com/trabajos16/bombeo-mecanico/bombeomecanico.shtml
http://www.portaldelpetroleo.com/2009/06/bombeo-mecanico-diseno.html
http://www.buenastareas.com/ensayos/Bombeo-Mecanico/2010687.html
http://clubensayos.com/Ciencia/Bombeo-Mecanico/30849.html
http://empleospetroleros.org/2012/08/31/sistemas-de-levantamiento-bombeomecanico-convencional/
http://www.buenastareas.com/ensayos/Bombeo-Mecanico/681354.html
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