Post on 29-Oct-2015
CURSO DE OPERACIONES CON BOMBAS
ELECTRO SUMERGIBLES
Ing Alberto Bidone
Articial Lift Sales Technical Support
Artificial Lift
Ginoil Petroleum EngTexto escrito a mquina
BombasAplicaciones Generales
Descripcin, capacidad, aplicaciones, nomenclatura.
Levantamiento Artificial
El Bombeo Electrocentrfugo es una de las mayores formas en levantamiento artificial.
Schlumberger lidera la tecnologa aplicada a bombeo electrosumergible.
Aplicaciones de los Productos
Schlumberger se especializa en el diseo , fabricacin, aplicacin, marketing, instalacin, servicios y reparacin de:
Equipos electrosumergiblesCables de Potencia SumergiblesSistemas de alimentacin y control de equipos
electrosumergibles
Dimetros de los Equipos
Schlumberger ofrece un rango de equipamiento para casing pequeos como 4.5, con producciones bajas desde los 50 bpd (8 m3) a pozos con caudales arriba de 100,000 bpd (15900 m3) en 13 3/8" casing.
Equipos Especiales
Dependiendo de las condiciones de aplicacin, Schlumberger puede ofrecer sistemas de bombeo para temperaturas desde 50 hasta 450 F .
Schlumberger tambin ofrece la mas extensa lnea de equipos de bombeo resistentes a la abrasin ms fiable en el mercado mundial.
Curva de la Bomba
HP / Stg
Eficiencia
Altura
Rango Bomba
Curva de Calentamiento Interior
Discharge Fluid Temp (F)
190,0
200,0
210,0
220,0
230,0
250,0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Flowrate (BPD)
D
i
s
c
h
a
r
g
e
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
(
F
)
240,0
67 STG JN21000,190F INLET,50% OIL ,50%WTR
Mxima Potencia Disponible (60 Hz)
375 456 540 562 7380
200
400
600
800
1,000
1,200
Motor Series
6
0
H
z
M
a
x
i
m
u
m
H
o
r
s
e
p
o
w
e
r
Rango de Temperaturas en Motores
Los motores Schlumberger estn construdos en 3 rangos detemperaturas de fondo de pozo, incluso el HOTLINE para bombeo de vapor o bajos caudales:
Standart Intermediate HOTLINE300F 450F +250F
Bombas ElectrosumergiblesRango de Operacin Recomendado
Definicin, curvas, tipos de bombas ,etapas y aplicaciones.
Ubicacin de la Bomba
Bolt on head
Bomba
Intake y/o Separador de gas
Etapa de la Bomba
La bomba centrfuga est formada por unidades denominada etapas.Cada etapa consiste de un impulsor y de un difusor.
Note la direccin del flujo.El impulsor enva a este afuera y el difusor lo redirecciona hacia arriba.
Difusor de la etapa inferior
Difusor
Impulsor
Flujo Flujo
Etapa de la Bomba
Etapa de la Bomba
Cada impulsor toma el fludo e imparte energa cintica, el difusor transforma la energa cintica en energa potencial
Etapa de la Bomba
El impulsor est adherido al eje y gira con l.El difusor es estacionario dentro del housing de la bomba.
Dependiendo del tipo de etapa,el impulsor tendralrededor de 7 a 9 labes los cuales imprimen un movimiento suave al fludo y este se mueve desde la entrada u ojo del impulsor hasta el exterior del conducto.
Vista superior en corte de un impulsor mostrando un desarrollo tpico de las paletas.
Eje
Cubo
Faldon
Direccin de la rotacin
Alabes
Pasaje del fludo
Etapa de la Bomba
El difusor siempre tiene un nmero diferente de labes comparado con el impulsor.Por qu?
Para prevenir vibraciones!!!
Etapa de la Bomba
Etapa de la Bomba Hay tres TIPOS de IMPULSORES que determinan la cantidad de flujo
disponible para un diseo especfico.
La diferencia entre estos tres tipos de diseos es mostrado por los ngulos de los labes del impulsor y el tamao y forma de los pasajes internos del
fludo.
Flujo radial (panqueque)
Flujo mixto
Etapa de la Bomba
Flujo axial (propulsor)
Francis
Flujo radial (panqueque)
Flujo mixto
Etapa de la Bomba
Flujo axial (propulsor)
Etapa de la Bomba
En los IMPULSORES DE FLUJO RADIAL (llamados panqueques) ,el fludo es obligado a realizar cambios de direccin en forma abrupta y siguiendo ngulos agudos.El grado de cambio direccional es cercano a los 180.Es este cambio de direccin lo que desarrolla la altura o head de la etapa. Los labes forman ngulos cercanos a los 90 con el eje.
Etapa de la Bomba La energa cintica de un lquido en movimiento en un
determinado punto en un sistema de bombeo tiene como expresin matemtica , una frmula desarrollada porHazen-Williams quienes escribieron una de las ms comunes para caeras de acero lisas.
H = ( V / 2 g)donde : H altura de elevacin, V velocidad en la caera , g aceleracin de la
gravedad ( 32.17 ft/sec/sec)
Una buena ingeniera recomienda que hay que tratar la velocidad en la caera
de succin a 3 ft / sec o menos y la velocidad en la descarga mayores que 11
ft /sec pueden causar flujo turbulento y/o erosin en el csg de la bomba
Etapa de la Bomba
c1w1 u1
u2
c2
w2
C1=velocidad de entrada del fludo al impulsor
U1= velocidad perifrica
W1=velocidad relativa
IMPULSOR DE FLUJO RADIAL
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIALCuando el fludo entra al labe de la bomba adquiere una velocidad C1,compuesta por una velocidad perifrica U1 y la relativa W1.Al salir del impulsor ,el fludo,tiene una velocidad relativa que ha disminudo a un valor W2 y la velocidad perifrica que es proporcional al radio del impulsor,ha crecido hasta un valor U2;la resultante de estas dos velocidades es C2 mayor que C1 y esta energa es transformada en presin en el difusor.
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIAL
La ecuacin que resume lo dicho anteriormente es:
(P2 P1) = [( c22 c12 ) + ( u22 u12 ) + (w22 w12 ) ] / 2 gLa ecuacin anterior se puede expresar en trminos de ALTURA ,si dividimos la diferencia de presiones por la gravedad especfica del fludo:
(H2 H1) = (P2 P1) / == [( c22 c12 ) + ( u22 u12 ) + (w22 w12 ) ] / 2 g
Etapa de la BombaLas ETAPAS de FLUJO MIXTO presentan cambios direccionales mas suaves y el fluido puede viajar a traves de los impulsores ydifusores con menor restriccin. Debido a esto las etapas son adecuadas para manejar mayores volumenes de fludo,pero no desarrollaran gran altura.
Etapa de la Bomba
Un IMPULSOR DE FLUJO MIXTO tiene un labe con un ngulo cercano a los 45 con respecto al eje de la bomba.
Las etapas de FLUJO AXIAL tienen un canal muy empinado para el pasaje del fludo,con una gran similitud al propulsor de un bote.Dichas etapas pueden manejar altos volmenes de fludo pero desarrollan muy pequea altura de elevacin.
Etapa de la Bomba
Las etapas con impulsores del tipo FLUJO RADIAL pueden manejar aproximadamente 10% de gas libre .
Por otro lado las etapas con impulsores del tipo FLUJO MIXTO manejan ms del 20% de gas libre
Etapa de la Bomba
Rango de Operacin Recomendado
O Durante el proceso de dimensionar una bomba ,nosotros tratamos que el tamao de esta se encuentre dentro del Rango de Operacin Recomendado ( ROR)
O Qu y porqu es tan importante el ROR ?
Rango de Operacin RecomendadoNosotros estamos recomendando un ROR de 6000 BPD a 11000 BPD
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
Observando una Bomba Flotante debemos considerar primeramente que hace que el EMPUJE sea hacia arriba o abajo en el interior de la etapa.
La mayora de las personas ven en el rango de operacin de la bomba, una definicin de lmites de empuje, donde la etapa est en downthrust (empuje hacia abajo) o en upthrust (empuje hacia arriba). Si la etapa se encuentra dentro de ROR se piensa que estbalanceada sin someterse a empujes en cualquier direccin.
Rango de Operacin Recomendado
Grficamente a usted le gustara ver esto:
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
DownthrustBalanced
Upthrust
Rango de Operacin Recomendado
Esto es casi siempre errneo.
Rango de Operacin Recomendado
Rango de Operacin Recomendado
Antes de preocuparnos demasiado por cuanto empuje tenemos ,nosotros necesitamos conocer Qu es el
EMPUJE?.
Rango de Operacin Recomendado
Isaac Newton desarroll una ley la cual dice que cualquier objeto,este en reposo o en
movimiento,permanecer en ese estado a menos que actue sobre el una fuerza externa.
Tambin ,el nuevo movimiento del objeto ser determinado por la suma de todas las fuerzas actuando sobre el.
Empuje del Impulsor
Seccin transversal de un Impulsor
El Impulsor ,tiene tres fuerzas actuando sobre l en cualquier discusin de empujes y est relacionado con la etapa de la bomba:La suma de estas tres fuerzas es el empuje total.
Empuje del Impulsor
Siempre hacia abajoLa gravedad actuando sobre la masa flotante del impulsor
Hay tres fuerzas que son : The Direction is:
La fuerza neta resultante de la presin diferencial en la etapa.
La fuerza debida al movimiento del fludo entrando a la etapa.
Tanto hacia abajo o cero(cero ocurre en flujo abierto amplio - no presin).
Tanto hacia arriba o cero (cero ocurre en condiciones de cierre o no circulacin de fludo).
Empuje del Impulsor
El Impulsor tiene una masa sobre la cual acta la gravedad y empuja a aquel hacia la Tierra.
F=mA donde A es la aceleracin de la gravedadF
Empuje del ImpulsorPressure: La presin por el rea es igual a la fuerza( F= PxA). Hay una fuerza hacia abajo y una fuerza hacia arriba.La fuerza haciaabajo es siempre mayor excepto cuando: The pump generates La bomba no genera presin (wide open flow)
An impeller adds pressure to the fluid so that the pressure on the top side is greater than the pressure on the bottom side.
Baja Presin
Alta Presin Un impulsor adiciona presin a el fludo de tal modo que la presin en la parte superior es mayor que la presin en la parte inferior.
Empuje del Impulsor
Momentum: El fludo entrando por la zona inferior del impulsor es forzado a cambiar de direccin.Este cambio ejerce un momento que desarrolla una fuerza hacia arriba excepto cuando:No hay flujo ( en un cierre de pozo).
Direccin del flujo de fludo
Empuje del ImpulsorPressure: Las flechas hacia abajo representa un gran fuerza debida a la alta presin.
+ =
La diferencia neta entre la dos fuerzas es el empuje hacia abajo debida a la presin.
Empuje del Impulsor
En general ,Impulsores de mayor dimetro desarrollarn mayores empujes hacia abajo que los impulsores de menor dimetro para el mismo rango de caudales.
Por qu ?
Empuje del Impulsor
Porque ellos tienen una rea de superficie mayor sobre la cual la diferencia de presin pueda operar.
Ellos tambin tienen mayor masa.
Empuje del Impulsor
Es posible de algn modo afectar el empuje hacia abajo causado por la presin ?
Qu pasa si reducimos la presin en la parte superior del impulsor?
Empuje del ImpulsorPressure: Si nosotros pudieramos reducir la presin en la parte superior del Impulsor como se muestra,esto reducira el empuje.
+ =
Empuje del ImpulsorCuando la etapa maneja fluidos abrasivos, el desgaste radial se ve muy acelerado, dependiendo de la calidad y cantidad de la arena o abrasivos presentes. Generalmente el desgaste radial se presenta combinado con el desgaste por abrasin de las arandelas de empuje y a veces hasta el desgaste de los faldones de los impulsores y difusores.En las etapas de flujo mixto se emplea una cmara de equilibrio, que consiste en un anillo de balance y agujeros de balance, para reducir el empuje hacia abajo (down-thrust) del impulsor, como se muestra en la siguiente figura:
Anillo deBalance
Hueco deBalance
Fludo de Baja presin
Baja Presin
AltaPresin
Cada dePresin
Caudal en BPD
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesin inches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
Downthrust
Upthrust
Basado en esta discusin previa, hay una lgica al observar la curva de la siguiente manera:
Rango de Operacin Recomendado
Sin embargo no todas las etapas entraran en el upthrust.
La mayora de las bombas se disean para trabajar en la parte del downthrust del rango recomendado.
Dependiendo de la etapa, esto puede ser viable de manejar de acuerdo al tipo de flujo de la misma.
Rango de Operacin Recomendado
Si el diseo de la etapa es de compresin, el empuje no es relevante para determinar el ROR.!
Rango de Operacin Recomendado
Las bombas Schlumberger se fabrican de 3 tipos bsicos:
1)Flotantes - Cada impulsor est libre para moverse hacia arriba y abajo sobre el eje. (Esto se llama flotar sobre el eje).
2) Compresin - Cada impulsor esta fijo al eje en forma rgida, para que no puedan moverse si no se realiza con el movimiento del eje . Todos los impulsores son comprimidos conjuntamente para formar un cuerpo rgido.3) BFL - Las etapas superiores son compresoras y las inferiores son
flotantes. Esto es principalmente para manejar el empuje sobre el cojinete del protector.
Tipos Bsicos de Bombas
Tipos de Bombas
BFL
Todo el empuje es recibido aqui
Empuje cero aqui
Motor
Protector
Pump
Empuje de Impulsores
Flotante
Todo el empuje es recibido aqui
Compresin
ProtectorThrustBearing
MotorThrustBearing
Bombas Flotantes
Por qu usar bombas flotantes?
Porqu Utilizar Bombas Flotantes?
Un gran nmero de etapas pueden ser ensambladas sin tener en cuenta la capacidad de los cojinetes del protector.
Estas etapas tienen buen perfomance en el manejo de abrasivos livianos, ya que no permiten depositarlos en el rea productiva de la misma.
Estas etapas tienen tolerancias de fabricacin, mas amplios.
Su ensamble en el pozo es mas fcil, ya que no requiere shimming.
Bombas Flotantes
Qu necesitamos nosotros observar para utilizar etapas flotantes?
1) Puede haber lmites en los altos y bajos caudales.
2) Nosotros debemos siempre mirar el empuje del eje.
Empuje del Eje
Nosotros dijimos que los impulsores individualmentemanejaran su propio empuje ,entonces por qudebemos preocuparnos por el empuje del eje?
Empuje del Eje
El empuje total est conformado por dos componentes:
El empuje del impulsor y
el empuje del eje.
Empuje del Eje : Bomba BFL
En la bomba BFL, no est presente porque el eje essoportado en la bomba.
Empuje del Eje : Bomba de Compresin
En la bomba de compresin,nosotros no podemosseparar el empuje del eje y de los impulsores ,porestar ambos rgidamente acoplados juntos
Empuje del Eje : Bomba FlotanteEn una bomba flotante ,el impulsor puede moverselibremente en el eje y tiene sentido que el eje puedatambin moverse dentro del impulsor.El extremo superior del eje est expuesto al fludo de descarga de la bomba ,el cual est a una presinms alta que en la admisin de la misma.La presinactuando en el extremo superior del eje de la bombagenera un empuje hacia abajo. El eje de la bomba tambin tiene una masa de talmodo que la gravedad empujar hacia abajo. EL EMPUJE DEL EJE ES SIEMPRE HACIA ABAJO NUNCA ARRIBA.
Empuje del Eje : Bomba Flotante
Recordar que: Fuerza = Presin x Area
La fuerza debida a el peso del eje usualmente no essignificativo de tal modo que lo ignoraremos por el momento.
Empuje del Eje : Bomba Flotante
Fuerza = Presin x Area
De tal modo que la presin de descarga de la bombamultiplicada por la seccin transversal del eje nos
dar el empuje del eje?
NO!
Empuje del Eje : Bomba Flotante
Miremos como es el ensamble entre bomba,protector y motor.
Empuje sobre el Eje en Bombas Flotantes
Pi = Presin de Entrada a la BombaPd = Presin de Descarga de la Bomba
Pd
Pi
Pi
Pi
Se puede mostrar que todas las presiones se eliminan excepto aquella sobre el extremo del eje.Se puede mostrar tambin que independientemente de los varios dimetros,couplings,etc.que la fuerza neta sobre el eje puede ser calculada por:
Fuerza = (Pd-Pi) *Axs
Donde Axs = Seccin transversal del extremo del eje.
PiEntrada de fludo a la bomba
Impulsores flotantesDesde que los impulsores flotantes son libres de moverse en el eje hacia arriba o abajo,lo nico que lo detiene es su difusor superior o inferior.La arandelas de desgaste son provistas en toda superficie compaera o enfrentada entre el impulsor y el difusor para absorver elempuje generado.
ThrustWashers
Impulsores flotantes
Las reas azules muestran las arandelas "upthrust" entre el impulsor y el difusor superior.
Fuerza
Upthrust es absorvido aqu
Impulsores flotantesEl rea azul muestra el "downthrust" washers entre el impulsor y el difusor inferior. Observar que hay mayor rea de downthrust que de upthrust. Esto es debido el downthrust generalmente un valor mximo ms grande.Recordar que nosotros dijimos que muchas etapas nunca estarn en condicin de upthrust.
Downthrustes absorvido aqu.
Fuerza
Impulsores flotantesNosotros tambin dijimos que muchas etapas estn diseadas para operar en downthrust.Por qu es esto?La razn es que el impulsor provee un sello sobre el difusor inferior por presionar hacia abajo sobre las arandelas ( washers).Esto evita que los abrasivos generen prdidas dentro de las reas de los cojinetes y los fuerzan a moverse hacia arriba en la bomba.
El sello en estos lugares previene la presencia de abrasivos
Bombas de CompresinEn una bomba de compresin, todos los impulsores son
fijados rgidamente al eje, por lo cual se mueven conjuntamente con el eje hacia arriba y abajo.
El impulsor normalmente es seteado hacia abajo sobre las arandelas de presin inferiores debido a la gravedad. Por lo cual el eje debe ser levantado con los shims en el coupling desde la ltima bomba ensamblada, para no permitir que los impulsores toquen los difusores. Esto es para que todo el empuje desarrollado por las bombas sea transmitido a travs del eje hacia el cojinete del protector directamente.
Bombas de Compresin
Cuando el impulsor se mueve hacia arriba o abajo,el eje se mueve con l de tal modo que todo el empuje esta ahora en el eje. Este empuje del eje debe ser absorvido en algun lugar y esto es hecho en el cojinete de empuje del protector va el eje del protector. El cojinete de empuje del protector puede manejar una carga mucho mayor que las arandelas de empuje individuales de la etapa.
Bombas de Compresin
Pero por qu usar una bomba de compresin?
Porqu utilizar Bombas de Compresin?
Todos los empujes son finalmente manejados en el protector, solodebemos pensar en un cojinete de gran capacidad, por lo que el rango de la bomba puede extenderse en un area ms grande incrementando su vida til.
Algunas etapas generan mucho empuje para ser manejado por las arandelas de downthrust del impulsor.
Ocasionalmente en los pozos gaseosos, el volmen de fludo cambia drsticamente dentro de la bomba y en el caso de la etapas flotantes pueden ser muy severos para las arandelas de friccin.
Si abrasivos o corrosivos estan presentes, puede ser beneficioso para manejar el empuje en un rea lubricada por el aceite del motor y no por los fludos del pozo.
Algunos fludos (propano lquido) no tienen la suficiente lubricacin para las arandelas del down thrust de la etapa.
Bombas de CompresinSHIMMING o SUPLEMENTACION
SHIMMING DE LAS BOMBAS
SHIMMING DE LAS BOMBAS
O RING
EJE
SHIM
BASE CON BRIDA
CABEZA BOMBA
BOMBA
COUPLING ESPACIADOR
Bombas "BFL"
Por qu usar una bomba BFL ?
Bombas "BFL(Bottom-Floater)
BFL es un antiguo mtodo para manejar el downthrust.
La tecnologa de los cojinetes del protector ha sido mejorada sustancialmente a travs del tiempo,pero muchos aos antes ,los protectores no podan manejar el empuje generado por muchas de las bombas existentes en ese momento. Como resultado de esto ,la construccin BFL fue desarrollada.
Bombas "BFL"
En la BFL el 40% de los impulsores superiores son fijados al eje (bomba de compresin) y el eje NO es suplementado (shimmed) durante el armado de la bomba.Como resultado de esto,la seccin superior de los impulsores gira sobre las arandelas de empuje de los difusores. Estas arandelas soportan todo el empuje de los impulsores fijos como tambin el eje y el empuje del eje es igualmente distribudo sobre las arandelas de empuje. El resto de las etapas son armadas como bomba flotante
Bombas "BFL"
Por qu no ir y fijar todos los impulsores a el eje?
Porque la tolerancia del apilamiento hara de esta construccin una pesadilla.Si todas las etapas no fueran colocadas exactamente,una o alguna de las etapas manejaran todo el empuje hasta que arandelas de empuje fallaran y entonces el empuje se desplazara un poco ms abajo,etc.
Bombas "BFL"
Las bombas BFL estn siendo usadas con gran suceso en distintas partes del mundo.
HistresisDigamos para una bomba en particular que hay algun punto donde el impulsor pasa desde el downthrust al upthrust (o balanceado).Para el objeto de esta ilustracin trataremos al Impulsor en rojo y en downthrust y el Impulsor en azul y en upthrust
UpthrustDownthrust
Histresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Si nosotros incrementamos el caudal desde izquierda a derecha ,la bomba cambiara desde downthrust a upthrust en este punto.
Histresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Pero si nosotros disminumos el caudal,el Impulsor no retornar al mismo punto.Este lo har pero a un caudal menor.
Histresis
Caudal - BPD
Altura en pies
De tal manera habr una histresis entre los puntos de upthrust y down-thrust.Es una buena prctica tanto para arrancar un pozo cerrarlo totalmente o inclusive cerrarlo brevemente luego del arranque y entonces abrirlo para un flujo normal asegurndonos que el impulsor est. en posicin downthrust..
Histresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Sin embargo antes de cerrar un pozo,debemos ser precavidos que la bomba no desarrolle una excesiva ( peligrosa ) presin de descarga
La razn para esta histresis es que estamos cambiando el rea efectiva de la upper y lower shrouds por cambio de la posicin de el impulsor. Desde que el empuje proviene de la presin por el rea,el cambio en el rea cambia el empuje.
Upthrust areaDownthrust area
Nosotros perdemos eficiencia en la posicin upthrust debido a la capacidad del fludo a recircular desde la alta a la baja presin por el rea del canal de pasaje de aqul.Adicionalmente se pierde eficiencia si fludos abrasivos causan erosin en el difusor.
Resumen
Algunos factores determinaran el rango de operacin recomendado de las bombas. Mientras que el empuje es un factor, algunas veces no es considerado como tal.
Una razn para restringir el rango de operacin puede ser tratar de mantener la eficiencia de la bomba.
Para operar fuera del rango, se requiere una bomba y un motor mas grande, para mover el mismo volmen (con mayor potencia instalada).
Resumen
Los rangos de operacin de la bomba son testeados por el criterio API.
Capacidad Barriles por da
Curva de Perfomance de una Etapa
Bomba DN2150 Serie 400 - 3500 RPM
1500500 2000 300025001000 3500
HPMotorLoad
PumpOnlyEFF
HeadFeet
5
10
15
0.25 15
20
25
0.50 30
45
30
0.75
60
75
0
Pump
Only
Effic
ienc
y
PumpOnly L
oad
Head Capacity +10%
-10%
+5%
-5%+8%
-8%
Curva API de Perfomance de una Etapa
no- 10%Eficiencia de la Bomba
+ 10%+/- 8%HP consumidos
+/- 7.5%+/- 5%Altura de Elevacin
Lmites
Bombas Usadas
Lmites
Bombas Nuevas
En el punto de
Mxima eficiencia
En el ROR
En el ROR
Donde es
aplicable
Para todos los clculos, sta curva puede ser usada como punto de partida. La curva est basada sobre la perfomance promedio de bombas actualmente en produccin.
Todas las bombas Schlumberger son testeadas antes de ser enviadas al pozo. La perfomance de la bomba puede no ser exactamente igual a la curva de catlogo, sino que puede estar dentro de las tolerancias estandar aceptadas segn normas API.
Aplicaciones de Bombas
ResumenO El rango recomendado de operacin no depende
necesariamente del empuje sobre cojinete.
O El empuje sobre el impulsor es una combinacin de gravedad, presin y velocidad.
O Las bombas son construdas en 3 tipos: compreson, BFL y flotantes.
O El empuje es manejado en forma diferente para cada tipo de bomba.
O Los empujes de las bombas nunca pueden ser ignorados.
Las bombas Schlumberger son fabricadas en diferentes configuraciones. Muchas bombas (especialmente las dimetros pequeos), son fabricadas como center tandem(o CT).
Otros tipos de bombas, son las "upper tandems" (UT), "lowertandems" (LT) y simples" (S).
La diferencia en la construccin no est en los tipos de etapas, sino depende de la utilidad de sus extremos.
Aplicaciones de Bombas
Aplicaciones de Bombas
Una bomba Simple tiene la admisin y la cabeza de descarga integrada a su cuerpo, por lo que otras bombas no pueden ser ensambladas a ella.
Una bomba "upper tandem" tiene la descarga integrada a su cuerpo, no as la admisin. Puede ser acoplado otra bomba y/o una admisin en la parte inferior.
Una bomba "center tandem" no tiene admisin o cabeza de descarga integrada. Puede ser acoplada otra bomba en la parte inferior o superior, una admisin y una cabeza de descarga.
Una bomba "lower tandem" tiene la admisin integrada a su cuerpo, pero no una descarga. Puede ser acoplada otra bomba y/o una descarga en la parte superior.
Bomba Simple
Construda con cabeza de descarga
Admisinincorporada
Cuerpo principal
Todas las bombas requieren de una admisin y una cabeza de descarga.Con una bomba simple, su costo puede ser mas bajo, pero seguramente crear problemas de inventario.
Upper Tandem
Construda con cabeza de descarga
Sin admisin
Cuerpo principal
En una bomba upper tandem puede ser ensamblado otra bomba o una admisin.
Bomba UT
BombaLT
Bomba UT
Admisin
Lower Tandem
No tiene cabeza de descarga
Contruida con admisin includa
Cuerpo principal
La bomba lower tandem puede ser acoplada con otra en su parte superior o su cabeza de descarga.
UTBomba
(CT)
LTBomba
LTBomba
Bolt-onHead
Center Tandem
No tienen la descarga includa
Cuerpo principal
Las bombas center tandem pueden ensamblarse otra bomba abajo y/o arriba, la admisin y cabeza de descarga.
Bomba UT
Bomba CT
Bomba CT
Bolt-onHead
No tienen admisin
Bomba LT
Bomba CT
Admisin
Con las bombas CT pueden intercambiarse fcilmente una admisin estandar por un separador de gas o simplemente ser cambiada de posicin de acuerdo a su estado mecnico.
Center Tandem
Diferentes tipos de admisin, separadores de gas, manejadores de gas, y cabezas de descarga, estn disponibles para muchas series de bombas.
Estos elementos pueden ser acoplados en bombas de igual serie (400, 540, etc.), sin necesidad de adaptadores. Las mismas pueden ser utilizadas con series de distintos dimetros con adaptadores.
Aplicaciones de Bombas
Las bombas "ARZ" o Abrasion Resistant - Zirconia utilizan bujes de circonio para soporte radial. Esto puede aumentar significativamente la vida til cuando se bombean fluidos severamente abrasivos.
Aplicaciones de Bombas
Aplicaciones de Bombas
CojineteZirconio
Buje deZirconio
O-ring
Cojinete flexible dezirconio
Bocin de Zirc.Anillo - Seguro
Spacer
Aplicaciones de Bombas
Los bujes ARZ son montados entre las etapas estandar de la bomba. Estos bujes son instalados a una distancia que vara de acuerdo al tipo de etapas ,pero es de 30 cmaproximadamente
Otra configuracin de la bomba es la "ES" o Enhanced Stabilization
(Estabilizacin Mejorada) . Esta bomba usa bujes ARZ bushings en la
cabeza y la base pero no tiene etapas con bujes ARZ dentro de la bomba.
Esto es excelente para bombear abrasivos no severos a bajo costo.
Aplicaciones de Bombas
La tecnologa utilizada en las bombas resistentes a la abrasin, estn disponibles con bujes construdos bajo patente, en diversas opciones de metalrgias y formas.
Los materiales disponibles son : Zirconia, SiC (carburo de silicio), T (carburo de Tungsteno).
Aplicaciones de Bombas
Las bombas resistentes a la abrasin pueden ser configuradas de la siguiente manera:
Aplicaciones de Bombas
Estas curvas comunmente estn disponibles en frecuencias de 50 Hz or 60 Hz para cada tipo de etapa.
Tambin estn disponibles curvas multifrecuencia como referencia en el uso de los VSD.
Curvas de Performance de Bombas
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesininches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
0 2,500 5,000 7,500 10,000 12,500 15,000
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
60 Hz / 3500 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
6000 - 110005.38
1.0000.7857.000
bpdinchesinchesininches
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
375600N/A
60006000
HpHppsipsipsi
EffHpFeet
Capacity - Barrels per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 8810H = 36.87P = 3.18E = 75.23
10
20
30
40
50
60
70
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
60HZ
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
50 Hz / 2917 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
795 - 145713.672.545.07
17.78
m3/dcmcmcmcm
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
313500N/A
4137041370
HpHpkPakPakPa
0 250 500 750 1,000 1,250 1,500 1,750 2,000
REDAA
SN8500 1.00
Rev.
50 Hz / 2917 RPM 538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr.Pump Performance CurveOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional AreaMinimum Casing Size
795 - 145713.672.545.07
17.78
m3/dcmcmcmcm
Shaft Brake Horsepower Limit
Housing Burst Pressure Limit
StandardHigh StrengthStandardButtressWelded
313500N/A
4137041370
HpHpkPakPakPa
EffHpMeters
Capacity - Cubic Meters per Day
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
B.E.P.Q = 1167H = 7.81P = 1.84E = 75.23
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
50 HZ
Schlumberger
Technical DataShaft Brake Horsepower Limit:
Housing Burst Pressure Limit:
StandardHigh StrengthStandard ButtressWelded
313 Hp500 Hp
34475 kPa41370 kPa
SN8500 50 HZ / 2917 RPM
Optimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional Area
m /day
cm
cm
cm2
795 1475
13.67
2.54
5.07
3
Minimum Casing Size 17.78 cm 41370 kPa
Shaft Brake Horsepower Limit:
Housing Burst Pressure Limit:
StandardHigh StrengthStandard ButtressWelded
375 hp600 hp
5000 psi6000 psi6000 psi
SN8500 60 HZ / 3500 RPM Pump Performance Curve 538 series - 1 StageOptimum Operating RangeNominal Housing DiameterShaft DiameterShaft Cross Sectional Area
bpd
inches
inches
sq. inches
6,000 11,000
5.38
1.000
0.7854Minimum Casing Size 7.000 inches
Nomenclatura
Schlumberger fabrica 10 diferentes series de bombas, agrupadas en 9 tipos de grupos para varias medidas de casing y flujos.
NomenclaturaLos diseos son clasificados por series y definidos como:
TipoADGSHJ
MNNP
Serie338400540538562675862950
10001125
3.38"4.00"5.13"5.38"5.63"6.75"8.63"9.50"
10.00"11.25"
DimetroExterior
4 1/2"5 1/2"6 5/8"
7"7"
8 5/8"10 3/4"11 3/4"11 3/4"13 3/8"
MnimoCasing
Las etapas son denominadas segn el punto de mejor eficiencia en caudal y
en barriles por da a 60 Hz. Por ejemplo una DN1750 es una bomba donde
su mejor eficiencia se encuentra en los BPD.
La letra "N" en la denominacin de la bomba (DN1750 or D1400N) indca que
el impulsor es de Ni-Resist. Si la denominacin no tiene la letra N el
impulsor es de plstico.
Por ejemplo, una A1200 es una bomba con impulsores de Rayton (plstico)
donde su mejor eficiencia se encuentra a los 1200 BPD. La AN1200 es
identicamente igual en perfomance, pero el impulsor es de Ni-Resist
(metal). El difusor es de Ni-Resist en ambas bombas. EL Ni-Resist es una
aleacin de Niquel,Cobre,Cromo y Silicio;resistente a la corrosin similar a
un SS 302/304
Nomenclatura
Esta denominacin es vlida para las bombas series A, D, G, S, H y J Series.
Las bombas M520, M675, N1050, N1500 y P2000 son todas de Ni-Resist .
Adicionalmente estas bombas no estn denominadas en "BPD, sino que lo estn en "GPM" (galones por minuto).
Por ejemplo, en una M675 su punto de mejor eficiencia est a los 675 GPM (60 Hz).
Nomenclatura
La razn de esta nomenclatura (GPM) es que ste tipo de bombas son utilizadas en produccin de agua para recuperacin secundaria o en produccin de agua industrial, donde prefieren trabajar en GPM a BPD.
Nomenclatura
Una bomba siempre est definida por un nmero de parte base, de acuerdo a su configuracin y el agregado de letras en el nmero de parte, definir especficamente cada tipo de bomba.
Nomenclatura
Las configuraciones pueden ser:
UT = Upper TandemCT = Center TandemLT = Lower TandemFL = Tipo FlotanteBFL = Tipo flotante inferior C = Tipo compresionCR = Tipo compresion ring
No confundir el significado de CT con el tipo de compresin".
Nomenclatura
CURSO DE OPERACIONES CON BOMBASELECTRO SUMERGIBLESBombasAplicaciones GeneralesLevantamiento ArtificialAplicaciones de los ProductosDimetros de los EquiposEquipos EspecialesCurva de la BombaCurva de Calentamiento InteriorMxima Potencia Disponible (60 Hz)Rango de Temperaturas en Motores Bombas Electrosumergibles Rango de Operacin RecomendadoEtapa de la BombaEtapa de la BombaEtapa de la BombaEtapa de la BombaEtapa de la BombaEtapa de la BombaEmpuje del EjeEmpuje del Eje Empuje del Eje : Bomba BFLEmpuje del Eje : Bomba de CompresinEmpuje del Eje : Bomba FlotanteEmpuje del Eje : Bomba FlotanteEmpuje del Eje : Bomba FlotanteEmpuje del Eje : Bomba Flotante