68649279-BOMBEO-MECANICO
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Bombeo Mecnico ReciprocanteOCTUBRE 2010
FACTORES PARA ELEGIR UN SAP Propiedades de los fluidos Estado mecnico del pozo Pruebas de produccin Aforos y/o condiciones de operacin Registros de presin/temperatura Disponibilidad de la fuente de energa
FACTORES PARA ELEGIR UN SAP
Bombeo Mecnico Reciprocante Existen diferentes sistemas artificiales entre ellos el bombeo mecnico reciprocante.
UBM
Cabeza lVarillas de succin
Bomba subsuperficial
Su funcin es extraer fluidos mediante un movimiento ascendentedescendente, que se transmite por medio de la sarta de varillas a la bomba colocada dentro de la TP en el fondo, cerca del yacimiento. Los fluidos que se acumulan en la TR llegan a la superficie a travs de la TP.
Componentes Principales
UBMCabezal
Varillas de succin
Unidad
de Bombeo Superficial.
Motor y Reductor de engranes. Cabezal y Conexiones Superficiales.
Bomba subsuperficial
Sarta de Varillas. Bomba Reciprocante.
APLICACIN Un bajo ndice de productividad. Que no haya produccin de arena, si la hay que sea muy baja. Que exista una presin de fondo fluyendo suficiente para que los fluidos alcancen un nivel esttico en el pozo.
Que no haya depsito de parafinas. Que la Pwf > Pb a la profundidad de colocacin de la bomba.
EQUIPO SUPERFICIAL Motor Reductor de engranes Unidad de bombeo superficial Cabezal y conexiones superficiales
SUBSUPERFICIAL Bomba Sarta de varillas
Tipo de Motores
MOTOR ELCTRICO Bajo costo inicial. Menor costo de mantenimiento Facilidad para ajuste en un sistema de automatizacin
MOTOR DE COMBUSTIN Control de velocidad ms flexible. Menor costo de combustible.
Reductor de Engranes
Funcin: Reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de bombeo adecuada. Su flecha esta sujeta a una torsin mxima (Seleccin de equipo) La unidad de bombeo superficial recibe la potencia del motor principal a travs de bandas.
TORSION: Deformacin de un cuerpo slido, que es producida cuando parte de la tubera
gira en una direccin y la otra parte permanece esttica o gira en la otra direccin
Unidad de Bombeo SuperficialFUNCIONES: Transfiere la energa del motor
principal a la sarta de varillas.
Convierte el movimiento rotatorio del motor a uno reciprocante u oscilatorio. Reduce la velocidad del motor a una velocidad adecuada de bombeo Mantiene la verticalidad de la varilla pulida.
Unidades de Bombeo Mecnico Superficial Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBMs, su funcin es convertir el movimiento rotativo de un motor en un movimiento reciprocante. Existen diferentes tipos de unidades de BM, entre otras : la de balancn (BIMBA), la Hidroneumtica de bombeo reciprocante (TIEBEN) y la de carrera larga (ROTAFLEX). En una Bimba el motor mediante el reductor de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancn.
En una UBH el motor mueve una bomba hidrulica para que mediante el sistema hidrulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos hidrulicos) El BM de carrera larga se aplica a pozos de alta capacidad de produccin o profundos, emplea un diseo completamente mecnico con una cadena.
Unidades de Bombeo Mecnico El peso de la sarta de varillas, la bomba y de la columna de fluidos desequilibran la fuerza necesaria para el movimiento reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el aparejo, y solo la gravedad para bajar. Para disminuir este esfuerzo, el peso del aparejo se equilibra o balancea con masas de acero (contrapesos), en el caso de la bimba y en el caso de la UBH con la fuerza que proporciona el nitrgeno a presin. Una vez balanceado, solo es necesaria poca fuerza para subir y bajar la bomba en el fondo, esto reduce por mucho el consumo de energa necesaria, de ah la importancia de un buen balanceo.
Cabezal y Conexiones Superficiales
En el cabezal del pozo se utilizan vlvulas para el control y manejo de los fluidos, as como accesorios para la operacin del equipo de bombeo mecnico y el aparejo de produccin.
Geometra de las Unidades (BIMBA)
- CLASE I Unidad Convencional
- CLASE III Aerobalanceada y MARK II
Unidad ConvencionalVENTAJAS Tiene
DESVENTAJAS costo de En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.
bajo mantenimiento
Costos menores que otro tipo de unidades. Es
usualmente mejor varillas de fibra de vidrio.
con
Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).
Puede girar en el sentido de las manecillas del reloj y contrario. Puede bombear ms rpido que
la Mark II sin problemas.
Requiere menos contrabalanceo que la Mark II.
Cojinete Central
Balancn
Compensador
Cabeza de Caballo
Brazo Pitman (Bielas)Reductor de EngranesFreno
Escalera
Guarda Bandas (Tolva)Cable del FrenoMotor Principal Palanca del Freno
Manivela
Cable Colgador
Barra Portadora o elevadorPoste Sampson
Varilla Pulida
MunContra Peso
Patn
Fig. 28 Unidad de Bombeo Mecnico Convencional
Unidad Mark IIVENTAJAS Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero). Puede bajar costo (5 a 10 %) comparada con el siguiente tamao de la unidad
DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rpido como la Convencional, porque puede causar problemas de
convencional.
fallas en las varillas.
Puede girar solamente sentido contrario a manecillas del reloj.
en las
Puede causar ms dao a las varillas y bomba en caso de fluido pesado. Puede someter a la sarta de varillas en el fondo del pozo a severa compresin que puede causar fallas por pandeo.
Unidad Aerobalanceada
VENTAJAS Es ms compacta y ms fcil para balancear que otras
DESVENTAJAS Es ms complicada y requiere mayor mantenimiento
unidades.
Los costos de transportacin son menores que otras unidades.
(compresor de aire, cilindro de aire).
Puede girar en el sentido de las manecillas del reloj o sentido contrario.
La condensacin de agua en el cilindro puede causar problemas. La caja de velocidades puede ser daada si el cilindro pierde presin de aire.
TAREA 13- Resumen artculoEffects of Subsurface Pump Size and Setting Depth on Performance of Sucker Rod Artificial Lift-A Simulation Approach. SPE 120681 April 2009 EQUIPO No. 1 5 Octubre 2010
Designacin de Unidades (BIMBA) API ha desarrollado un mtodo estndar para identificar y describir las unidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100
TIPO DE UNIDAD: C CONVENCIONAL M A AEROBALANCEADA
MARK II
TORSIN MXIMA QUE PUEDE TOLERAR LA FLECHA DEL REDUCTOR DE ENGRANES EXPRESADA EN 10 (pg.lb)
LA LETRA D INDICA QUE TIENE UN DOBLE REDUCTOR DE ENGRANES.
CARGA MXIMA QUE SOPORTA LA VARILLA PULIDA EXPRESADA EN 10 (lb).
MXIMA LONGITUD DE CARRERA DE LA VARILLA PULIDA EXPRESADA (pg)
Varilla PulidaEs el eslabn entre la sarta de varillas de succin y el equipo superficial. En un momento del ciclo las cargas que soporta son: Peso del fluido Peso de las varillas Cargas de aceleracin Carga por vibracin Fuerza de flotacin
Fuerzas de friccin
Contrabalanceos de la UnidadFuncin Reducir la torsin en el reductor de engranes.
Reducir el tamao del motor principal (hps). El efecto de contrabalanceo puede obtenerse colocando contrapesos en el balancn, biela o manivela. El contrapeso tiene un peso aproximadamente igual al peso de las varillas (Wr) ms la
mitad del peso del fluido (Wf).
EjemploUnidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzas de flotacin, inercia y dinmicas. Wr = 10,000 lbs. y Wf = 4,000 lbs. UNIDAD SIN CONTRABALANCEO Carrera ascendente (Wr+Wf) 0 = 14000 lbs. Carrera descendente (-Wr+ 0 ) = -10000 lbs. UNIDAD CON CONTRABALANCEO Carrera ascendente (Wr+Wf) 12000 = 2000 lbs. Carrera descendente (-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.
Bomba Subsuperficial Funcin
Desplazar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie por el interior de la tubera de produccin. Componentes
1) Barril de trabajo/camisa de la bomba 2) mbolo o pistn 3) Vlvula viajera
4) Vlvula de pie o estacionaria
Partes de la Bomba Subsuperficial
Cilindro de trabajo y camisa
Vlvula viajera mbolo
Vlvula estacionaria
Partes de la Bomba Subsuperficial
Clasificacin de las BombasA) Bomba de insercin. Se puede conectar a la sarta de varillas sin sacar la T.P. a la superficie, slo se saca la sarta de varillas. B) Bomba de tubera de revestimiento. Es una versin de la anterior slo que esta se ancla en la T.R. Manejan grandes volmenes en pozos someros y de bajo IPR. C) Bomba de tubera de produccin. La diferencia con la de insercin es la forma en como se coloca la camisa de la bomba. Este va conectado en el extremo inferior de la T.P. y se introduce al pozo como parte de la sarta de produccin.
Materiales usadosCamisa/Barril
Acero aleacinBronce Hi-brin Nitreline
Vlvulas Stellita C.T.
Hi-hardKrom-i-dee Silverine
VarillasAcero aleaciones Mg, si, ni, vn, cu, br, cr, mo Fibra de vidrio
Pistn
Acero aleacinBronce Co-hard Superhard Cromado
Nomenclatura API para la bomba
La Bomba Reciprocante
Est compuesta de dos partes principales: el mbolo y el barril ; con sus vlvulas. Ciclo de bombeo: 1. mbolo hacia abajo cerca del final de la carrera, el fluido pasa a travs del la vlvula viajera, el peso de la columna es soportado en la vlvula de pie. 2. mbolo hacia arriba arrastrando los fluidos arriba de la vlvula viajera, la vlvula de pie admite fluidos del yacimiento. 3. mbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, vlvula de pie abierta y viajera cerrada. 4. mbolo hacia abajo, vlvula de pie cerrada por la compresin, la vlvula viajera se abre por el mismo efecto.
Ciclo de Bombeo Mecnico(a)
(b)
(c)
(d)
Cilindro de trabajo y camisa
Varillas de succin
Vlvula viajera mbolo
Vlvula estacionaria Tubera de produccin
Ciclo de Bombeo Mecnico
(a) El mbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.
(b) El mbolo sube, cerca del fondo de la carrera.
(c) El mbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.
(d) El mbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.
Sarta de Varillas La sarta de varillas de succin es un sistema vibratorio complejo mediante el cual el equipo superficial transmite energa o movimiento a la bomba subsuperficial. La seleccin de la sarta de varillas depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operacin de este. Su diseo consiste en seleccionar la sarta ms
ligera y por lo tanto ms econmica, sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas.de trabajo depende de la qumica de las varillas, propiedades mecnicas y fluido bombeado.
El esfuerzo composicin
Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.
Nmero de Varilla APIEjemplo: Varilla API No. 86
8/8 (1)
86
7/8
6/8 (3/4)
Clases de varilla Clase KResistente a corrosin
Clase CResistente a corrosin, trabajo pesado
Clase DTrabajo extra pesado sin H2S
Ventajas BMUBM
Tiene buena eficiencia.Cabezal
Varillas de succin
Permite la optimizacin y el control. Bajo costo de mantenimiento. Pueden emplearse materiales para Es flexible - permite ajustar la
Bomba subsuperficial
disminuir los problemas de corrosin.produccin a travs de la longitud de la carrera y la velocidad de bombeo.
Limitaciones BMUBM
Presenta desgaste en las varillas y en laCabezal
TP en pozos desviados.
Varillas de succin
No aplicable cuando se tienen altas
relaciones Gas-Aceite.Bomba subsuperficial
Su eficiencia decrece con la profundidad. Por las dimensiones y aspecto de la
unidad superficial afecta la esttica y el ambiente.
Rango de Aplicacin BMRango Tipico ProfundidadUBM
Mximo*
100 - 11,000 TVD
16,000 TVD
VolumenCabezal
5 - 1500 BPD100 - 350 F 0 - 20
5000 BPD550 F 0 - 90 8 API Gas o Electrico Limitada 45%-60%
MTODO DE DISEO API RP11L
MTODO DE DISEO API RP11LSUPOSICIONES
1. Bombeo con 100 % de lquido.2. Solamente varillas de acero. 3. Unidad de bombeo convencional.
4. Bajo resbalamiento del motor principal.5. Unidad perfectamente balanceada.
MTODO DE DISEO API RP11LSUPOSICIONES 6. Friccin normal en el fondo del pozo. 7. No considera efectos de aceleracin del fluido. 8. Tubera anclada o desanclada.
NOMENCLATURAH = Nivel de fluido L = Profundidad de la bomba; distancia de la superficie al asiento niple/zapata. N = Velocidad de bombeo; (S.P.M.) nmero de carreras por minuto completas. S = Longitud de carrera; distancia del movimiento de la varilla pulida del tope al fondo de la carrera. D = Dimetro del mbolo en la bomba subsuperficial (pg.).
NOMENCLATURAG = Gravedad especfica de los fluidos combinados en el pozo. Wr = Peso de la sarta de varillas de succin en el aire Er = Constante de elasticidad de la tubera.
NOMENCLATURAFo = Carga esttica de fluido sobre el rea total del mbolo multiplicado por el nivel del fluido. Kr = Constante de elasticidad que representa la carga en libras para alargar la sarta de varillas. 1/Kr = Constante de elasticidad para el total de la sarta de varillas. Skr = Libras de carga necesarias para alargar el total de la sarta de varillas en una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
NOMENCLATURAFo/Skr = Alargamiento dimensional de varilla; que es el alargamiento causado por la aplicacin esttica de la carga de fluido. N/No = Carreras por minuto de la unidad de bombeo; dividida por la frecuencia natural de una sarta de varillas no telescopiada.
NOMENCLATURAN/N = carreras por minuto de la unidad de bombeo dividida por la frecuencia natural de una sarta de varillas telescopiadas. Kt = Constante de elasticidad que representa la carga en libras requerida para dilatar la longitud total de la tubera=1pg. 1/Kt = Constante de elasticidad de la longitud total de la tubera; (0) si es anclada.
NOMENCLATURASp/S = Porcentaje de la carrera mbolo/carrera de la varilla pulida.Sp = Carrera efectiva de la bomba (pg.). PD = Desplazamiento total de la bomba a 100 %. W = Peso total de las varillas en el aire.
subsuperficial
del
NOMENCLATURAWrf = Peso total de las varillas en el fluido.
Wrf/Skr = Porcentaje del peso de las varillas en el fluido; para la carga necesaria para dilatar las varillas, una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.
NOMENCLATURAPPRL = Carga mxima de la varilla pulida. MPRL = Carga mnima de la varilla pulida. PT = Torque mximo en la caja de engranes de la unidad. PRHP = Potencia en la varilla pulida. CBE = Efecto de contrabalanceo.
EJEMPLO DE APLICACIN DEL METODO API RP11L
Tablas y graficas
Unidades Hidroneumticas de Bombeo Reciprocante (UBH) TIEBEN
ANTECEDENTES HISTORICOS.Hasta los aos noventa la operacin de los equipos de bombeo mecnico se consideraban los ms
eficientes, utilizando las unidades
de bombeo
Convencional, Aerobalanceada y la Mark II. Cuando lleg a Mxico una nueva unidad llamada TIEBEN, en el campo Poza Rica se llevo a cabo una prueba piloto en el ao de 1995 en el pozo Poza Rica 329 donde se evalu la eficiencia de la nueva unidad Hidroneumtica mejor conocida como Tieben, que tan buenos resultados haba tenido en el campo bano.
Produccin de aceite por tipo de unidadAIPRA 2005
6288 BPD
7862 BPD
156 Unidades
103 Unidades
Unidades Convencionales
Unidades Tieben
Tipos de UnidadesLas unidades de bombeo Hidroneumticas se clasifican de acuerdo al tipo de motor, montaje y carrera con el que pueden operar.Motor
Elctrico (E)Combustin (G)
Tipo de Montaje Pedestal (P) Directo (DM)
Carrera 60 pg (1.52 m)
120 pg (3.04 m)180 pg (4.57 m)
Por lo que se tienen: EP-60, GP-60, EDM-60 y GDM-60 EP-120, GP-120, EDM-120 y GDM-120 EDM-180 y GDM-180
Principio de Operacin
Se compone de dos sistemas bsicos:
(VER VIDEO)
Sistema Hidrulico.- Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Consta de un Cilindro Hidrulico de efecto doble, una Vlvula de Control Direccional de cuatro vas y una Bomba Maestra de Engranes (bomba hidrulica).
Principio de Operacin
Sistema de Balanceo Hidroneumtico.Contrabalancea el peso de la sarta de varillas y consta de un Cilindro Hidrulico de efecto simple (acumulador), un paquete de Tanques de Nitrgeno y una Bomba Auxiliar de Engranajes.
Esquemtico
Partes esenciales de la UBH reciprocantePedestal Cilindro (acumulador y motriz.) Vlvula check. Arreglo unin. Sensores. Pedestal. Plato. Conexiones.
Paquete motriz Vlvula direccional. Controlador de vlvula direccional. Manifold. Bomba maestra. Bomba auxiliar. Tanque piloto. Tablero. Deposito de Aceite. Acumulador de nitrgeno Tanques almacenadores de nitrgeno.
Unidad TIEBEN
VENTAJAS DE LA UNIDAD DE BOMBEO HIDRONEUMATICO
SOBRE LA UNIDAD CONVENCIONAL.
COSTO DE ADQUISICION. Se tienen ahorros de hasta el 50% debido a que la unidad TIEBEN viene completamente lista para ser instalada, a diferencia del convencional que requiere de la adquisicin del motor, las bandas de transmisin, principalmente y de una tardada y costosa base de concreto.
CONSUMO DE ENERGIA. Se tiene consumos menores al 30% del consumo de las unidades convencionales.
TIPO DE MOTOR. Puede utilizar motor elctrico, de combustin interna diesel o de gas, ya sea gas LP de un tanque estacionario o gas liberado en el espacio anular. Congruente con el consumo de energa, para un mismo pozo, para una unidad TIEBEN lleva una ventaja en el requerimiento de potencia, al ser comparada con una unidad convencional de aproximadamente 30%. COSTOS DE REPARACION. Se tienen ahorros del orden del 500%. Por ejemplo, lo mas caro por reparar en una unidad convencional es el reductor de engranes, con un costo de +/$246,000; en una TIEBEN, lo mas caro por reparar es el cilindro (cambio de todos los sellos y empaques) con un costo de +/$8,000.
TRANSPORTACION E INSTALACION. Mayor facilidad de transportacin, instalacin y operacin. La unidad TIEBEN se transporta en un remolque ligero jalado por una camioneta Pick-Up, se instala y se pone en operacin en menos de tres horas. Puede ser instalada incluso por un simple camin con malacate y pluma. La unidad TIEBEN no requiere base de concreto. Como comparacin para transportar una unidad convencional se requieren camiones de plataformas y gras de 15 toneladas. Adems del periodo de acondicionamiento de la localizacin y construccin de dicha base.
EFICIENCIA DE BOMBEO. Con la unidad de bombeo TIEBEN es posible trabajar a bajas velocidades de bombeo, lo cual permite un mejor llenado del barril de la bomba, reduce el golpeteo del fluido, el desgaste de la varillas y el equipo superficial.
PRODUCCIN DIFERIDA. El tiempo en operacin es una gran ventaja de la unidad TIEBEN, pues la reparacin de cualquier parte de la unidad requiere poco es bastante rpida y Por ejemplo, para refaccionamiento.
cambiar los sellos del pistn del acumulador de nitrgeno, recargarlo de nitrgeno y reiniciar la operacin se emplean menos de dos horas. Adems el hecho de que el pedestal sea abatible, permite la operacin en forma inmediata de los equipos de reparacin y terminacin de pozos (RTP). Todo esto reduce al mnimo los problemas por produccin diferida.
Unidades de Bombeo de Carrera Larga ROTAFLEX
Dos tercios de los pozos en el mundo son operados mediante Bombeo Mecnico. 70 % de los pozos en Argentina (12,900 pozos) emplean BM. Aumenta la demanda mundial de hidrocarburos. Extraccin optima de hidrocarburos desde un punto de vista tcnico-econmico.
Caractersticas de la unidad Rotaflex La primera unidad con el mecanismo actual fue
instalada en Diciembre de 1987. Weatherford (EVI Oil Tools) compr ROTAFLEX en 1989 - Existan 40 unidades instaladas. Desde esa fecha ha experimentado un 15% de crecimiento interanual. En 1991 se muda la planta desde Kilgore a Odessa. Actualmente se cuentan 825 instalaciones a nivel mundial, principalmente en Texas, Oklahoma, Venezuela y Colombia.72
Caractersticas de la unidad RotaflexCarrera de 288 y 306 pulgadas para bombas mecnicas (ms de 7 metros). Alta capacidad de produccin.
Alta eficiencia para extraccin de pozos problema o pozos profundos. Aplicaciones en reemplazo de bombas BEC.
Caractersticas de la unidad RotaflexMayor vida til del equipo de fondo. 40 a 60% de reduccin en los ciclos de esfuerzo, mayor vida til de las varillas. 20 a 50% de reduccin en el costo de energa.
Ayuda a resolver el problema de candado de gas.100% accionamiento mecnico de bajo mantenimiento.
Ventajas del ROTAFLEX Embolada larga y lenta que permite: Mejorar el llenado del barril. Reducir los problemas de golpe de fluido. Minimizar los problemas de interferencia de gas. Reducir el desgaste entre las partes mviles. Reducir los esfuerzos de tensin y compresin sobre la sarta de cabillas. Aumenta la eficiencia total del sistema.
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Ventajas del ROTAFLEX Permite al sistema de bombeo reciprocante
aumentar su capacidad de produccin hasta ms de 2500 BFPD. Unidad 100% mecnica. Contrapeso fcil y preciso. Reductores de engranajes ms pequeos. Armado, probado y embarcado en una sola pieza. No es necesaria y desinstalacin para realizar los servicios al pozo. Reduce los costos de operacin y mantenimiento.76
Caractersticas del ROTAFLEX Unidad Vertical
Carrera de hasta 25 pies Capacidad de carga de
hasta 50.000 lbs Caja reductora de hasta 320.000 pulg*lbs
Caractersticas de la unidad RotaflexReductor API CoronaSistema de Inversin Totalmente Mecnico
Cadena
Carro InversorCaja Contrapeso
Caractersticas de la unidad RotaflexBanda Flexible conecta las varillas al carro caja contrapeso. Banda flexible absorbe fuerzas de inercia en los cambios de Carrera
Caractersticas de la unidad Rotaflex18 inches
CORONA dimetro 914,4 mm.
Mecanismo de InversinCorona Superior Cadena
Caja Contrapesos Carro Inversor
Carrera Descendente
Corona Motriz
Mecanismo de Inversin
Carrera Descendente
Mecanismo de Inversin
Cambio de Carrera
Mecanismo de InversinCambio de Carrera
Mecanismo de InversinCarrera Ascendente
Caractersticas del ROTAFLEX Un eje de
rotacin en la base permite doblarlo para ser enviado sin desarmar
Caractersticas del ROTAFLEX Puede rodarse por
medio de rieles anclados a la base para facilitar el acceso al pozo
Caractersticas del ROTAFLEX Base y Unidad
montadas cerca del pozo Base de concreto especialmente diseada para el Rotaflex Plataforma para instalar el contrabalance
Caractersticas del ROTAFLEX Guardacorreas
con bisagras para fcil acceso Poleas de unidad y motor ubicados a nivel del suelo Rango de velocidad de 1 a 4,5 SPM
ROTAFLEX vs. Unidad ConvencionalUnidad API M-912-365-144 Nivel de Fluido (metros) 1900 Profundidad de la Bomba (metros) 2000 Tamao del Pistn (pulg.) 2,25 Tasa de Produccin (m3/da) 101 Eficiencia Total del Sistema (%) 48 Motor Nema D (HP) 100 Carga sobre la Caja Reductora (%) 84 Carga sobre la Estructura (%) 79 Velocidad de Bombeo (SPM) 11,3 Consumo Elctrico Mensual ($) 1.972 Costo Aproximado del Sistema ($) 152.000 R-320-360-288 1900 2000 2,25 102 57 60 52 74 4,83 1.673 104.000
Candidatos Potenciales Pozos nuevos Pozos desviados y horizontales
Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubera Crudos medianos y pesados Aplicaciones con alta temperatura de fondo
Pozos con poco aporte - bajo nivel de fluido Pozos someros de alta produccin
Conclusiones20 a 50 % de Incremento de Eficiencia de Extraccin. Torque, velocidad y potencia constantes en la mayor parte de las carreras Ascendente y Descendente. No se necesita sobredimensionar instalacin elctrica.
Sistemas ms eficientes si son diseados para trabajar a plena carga.Si se utiliza variadores de velocidad no se necesita utilizar motores de Alto Deslizamiento, obtenindose mejores eficiencias.
TAREA 16- Resumen artculoRotaflex Efficiency and Balancing. J.N. McCoy, A.L. Podio and Lynn Rowlan
SPE 67275March 2001
EQUIPO No. 4 12 octubre 2010
Conceptos para el diseo de UBM
El Bombeo Mecnico es un sistema artificial de produccin (SAP) en el cual el movimiento del equipo de bombeo subsuperficial se origina en la superficie y se transmite a la bomba por medio de una sarta de varillas de succin.1.- Cuando el mbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la vlvula viajera por el peso del aceite sobre sta; la vlvula de pie se abre y da paso al aceite del pozo, llenando la camisa de la bomba. 2.- Al descender el mbolo, se abre la vlvula viajera y da paso al aceite de la
camisa de la bomba hacia arriba del mbolo, cerrando la vlvula de pie queimpide que se regrese el aceite al pozo.
Ciclo de bombeo
Objetivo del diseoProducir una cierta cantidad de fluidos por da con un mnimo de:1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Torsin. Carga en la varilla pulida. Requerimientos de potencia del motor principal. Costos de combustible o energa. Costos de mantenimiento de la unidad. Roturas de la varilla. Produccin diferida por rotura de varillas o por reparacin y mantenimiento de la unidad. Costo inicial.
8.
Caractersticas del BM
Debe ser:Resistente. De larga vida. Eficiente. Fcil y barato de transportar. Silencioso.
No contaminante.Seguro de instalar y de operar.
Ventajas y Desventajas del BM
Ventajas:1. 2. 3. 4. 5. Fcil diseo. Unidades pueden ser cambiadas a otros pozos. Adaptable a agujeros reducidos. Flexible. Levanta aceites viscosos y de altas temperaturas.
Desventajas:1. 2. 3. No es posible manejar slidos. No se adapta a grandes profundidades. En operaciones costa-afuera resulta pesado y estorboso.
Principio de flotacina) Cuando el Peso del cuerpo es menor
que el Empuje ascendente y seencuentra en el fondo, el cuerpo sale a la superficie y flota.
b) Cuando el Peso del cuerpo es igual alEmpuje ascendente, el cuerpo queda en equilibrio dentro del lquido. c) Cuando el Peso del cuerpo es mayor que el Empuje ascendente, ste se hunde pero aparentemente disminuye su peso.
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeoZona 1.- Es la parte de la carrera donde la mxima carga de varillas y fluido se levantan del fondo con mxima
aceleracin. Esta zona se extiende desde el fondo hastaalgn punto cerca de la mitad de la carrera ascendente. En esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a la carga esttica de la masa de varillas y fluido. Debido a que la mxima aceleracin hacia arriba ocurre en esta zona,
normalmente el producto de la carga compuesta de varillasy fluido por la mxima aceleracin, da como resultado la
carga pico o carga mxima en la varilla pulida.
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se extiende desde cerca del punto medio hasta el tope de la carrera. En esta zona, an se tiene la mxima masa de
varillas
y
fluido,
pero
se
est
desacelerando;
consecuentemente, el componente de inercia de la masa de varillas y fluido se est restando del total del peso esttico.
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carreradescendente, desplazndose hacia abajo hasta algn
punto cerca de la mitad de la carrera. En esta zonanicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el componente de inercia. Normalmente es en esta zona donde ocurre la mxima aceleracin hacia abajo.
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Zona 4.- Se inicia en algn lugar cerca de la mitad de lacarrera descendente y se extiende hasta el fondo de la carrera. En esta zona las varillas flotando se desaceleran en su preparacin para detenerse en el fondo de la carrera, entonces, el componente de inercia se suma al peso de las varillas.
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.a=max v=0 Wf Wr -a a=0 v=maxMitad de la carrera
Wr -a
Mitad de la carrera
Wf Wr +a a=max v=0
Wr +a
Wf=peso de los fluidos
a=factor de aceleracin
Wr= peso de las varillas
Parmetros para la seleccin de la bomba de insercin
Volumen a producir. Profundidad del intervalo productor.
Viscosidad del aceite producido. Existencia de arena en el aceite. Volumen de gas producido. Temperatura. Porcentaje de agua.
ACCESORIOS DEL BOMBEO MECNICO
ACCESORIOS
Varillas extrapesada y centradores1. Se debe utilizar 1 lb. de varilla extrapesada por cada bpd producido hasta 500 bpd. Ejemplo: para 450 bpd, 450 lbs. de varilla extrapesada. Despus de esta cantidad 1.5 lb. 2. No se deben colocar varillas extrapesadas a la profundidad de la bomba cuando exceda los 3 de desviacin, porque la varilla extrapesada es de 1 1/2 y friccionara contra la tubera; en este caso colocar varilla de 7/8 con centradores.
3. Cuando se conoce el punto de la rotura de la varilla, los centradores van debajo de este punto.
ACCESORIOS
Varillas extrapesadas y centradores
Varilla extrapesada centradores
ACCESORIOS
Anclas de gas
Un mtodo para mejorar la eficiencia de la bomba, es desviar el gas libre hacia el espacio anular del pozo. El dispositivo que separa el gas del liquido se conoce como ancla de gas: ANCLA DE GAS TIPO SENCILLO ANCLA DE GAS CON EMPACADOR ANCLA DE GAS CON COPAS
TIPO DE ANCLAS
CASOS ESPECIALES
VACIO
GOLPE DE FLUIDO.Cuando la cmara de compresin est slo parcialmente llena con fluido, el problema se presenta en la carrera descendente de la bomba, el pistn est desplazndose a travs de la parte superior vaca de la cmara de compresin y repentinamente golpea al encontrar mucho fluido.
CASOS ESPECIALES
VACIO
GOLPE DE GAS.- Est situacin es menos drstica que el golpe de fluido, ya que al menos existe algo de gas en la parte superior de la cmara de compresin para ayudar a acumular presin antes de que la vlvula mvil choque con el fluido. El gas amortigua ligeramente los choques hidrulico y mecnico.
CASOS ESPECIALES
CANDADO DE GAS.Fenmeno en la cmara de compresin, hace que la bomba no produzca fluido. Las vlvulas no operan y el pistn de la bomba simplemente se mueve hacia arriba y abajo, levantando y bajando la columna de fluido en la sarta de tubos. La causa es simplemente que no hay suficiente presin generada en la cmara de compresin durante la carrera descendente de la bomba para abrir la vlvula.
Cartas dinamomtricas
La carta dinamomtrica es un diagrama de CARGA VS DESPLAZAMIENTO resultante del registro de todas las fuerzas que actan sobre la varilla pulida con respecto a su posicin en cualquier instante durante el ciclo de bombeo. En este diagrama la posicin de la varilla pulida esta en el eje de las abscisa y la carga en el eje de las ordenada.VARILLA PULIDA
Cartas dinamomtricasCon ella se puede determinar:
1. Cargas en el equipo superficial. 2. Cargas en las varillas.(SARTA DE VARILLAS)
VVC,VPA ACARRERA ASCENDENTE
B
C A R G ADCARRERA DESCENDENTE
3. Comportamiento de la bomba.C VVA,VPC
DESPLAZAMIENTO
CONDICIONES IDEALES DE UNA CARTA DINAMOMTRICA
Velocidad de bombeo baja
No existen fuerzas de aceleracin No existen fuerzas de vibracin No existen fuerzas de friccin
La vlvula de pie abre y la vlvula viajera cierra instantneamente
en el inicio de la carrera ascendente. La vlvula de pie cierra y la vlvula viajera abre instantneamente en el inicio de la carrera descendente. No existen cambios en la longitud de la varilla debido a la transferencia de carga del fluido.
Cartas dinamomtricas
Con ella se puede determinar:
1.- Cargas en el equipo superficial: Cargas mxima y mnima en la estructura de la UBM. Torsin en el reductor de engranes y en el motor principal. Trabajo realizado por la varilla pulida al elevar los fluidos y vencer la friccin. Contrabalanceo apropiado.
Cartas dinamomtricas
Con ella se puede determinar:
2.- Cargas en la sarta de varillas: Cargas mxima y mnima. Esfuerzos en las varillas.
Cartas dinamomtricas
Con ella se puede determinar:
3.-Comportamiento de la bomba subsuperficial: Condiciones de trabajo de las vlvulas viajera y de pie. La existencia de golpeteo de fluidos y su magnitud. Candado de gas en la bomba. Friccin excesiva. Si la bomba est o no bombeando en vaco. Condiciones de sobreviaje del mbolo o reduccin del viaje del mismo.
Cartas dinamomtricas
Modificacin de la carta dinamomtrica por efectos de aceleracin
Cartas dinamomtricas
Efecto de alargamiento y contraccin de las varillas
Cartas dinamomtricas
Efecto de vibraciones naturales de la sarta de varilla
Diagnstico de fallas
AUTOMATIZACIN BM
Grandes ventajas tcnicas y econmicas se obtienen al instalar sistemas de
monitoreo y control (automatizacin). Se utilizan controladores de pozos inteligentes.
Anlisis de la tensin con el diagrama de Goodman Modificado.(ANLISIS DE LAS VARILLAS)
De una carta dinamomtrica de una unidad de bombeo mecnico, la carga mxima de una varilla de 1 pg., grado C es de 26,235 libras, y la carga mnima es 4,750 libras. Empleando el mtodo API del diagrama de Goodman modificado se determinar s las varillas trabajan en el rango de tensiones de diseo.
VarillaPropiedades qumicas y mecnicas de las varillas Clase KResistente a corrosin
Clase CResistente a corrosin, trabajo pesado
Grado de la varilla K C
Composicin qumica AISI 46XX AISI 1536 Carbono o aleaciones
Esfuerzo de tensin (psi) Mnimo 85,000 90,000 Mximo 115,000 115,000
Clase DTrabajo extra pesado sin H2S
D
115,000
140,000
Nota: De la especificacin API SPEC 11B, la mnima fuerza de tensin (T) para varillas de grado C es de 90,000 psi.
La tensin mxima es.Smax
Solucin
C arg a mxima 26235 (lbs) 33403 (psi) 2 rea de la var illa 0.785 (pg )
La tensin mnima es.Smin C arg a mnima 4750 (lbs) 6051(psi) 2 rea de la var illa 0.785 (pg )
Usando el diagrama de Goodman modificado para varillas grado C, para una tensin mnima de 6,051 psi sobre el eje vertical, trazar una lnea vertical desde la lnea de tensin mnima hasta el punto de tensin mxima 33,403 psi.
Est punto se encuentra fuera del rango de tensiones permitidas, las varillas se encuentran sobrecargadas. En el diagrama la tensin mxima debe de ser de 25,900 psi. Este valor corresponde al punto de interseccin entre la lnea de mxima tensin y la lnea vertical dibujada.
Anlisis de la tensin en forma analtica con la modificacin de Goodman.
El mtodo API del anlisis de la tensin del Goodman se puede analizar con ecuaciones y estas son muy fciles de utilizar si se tienen programadas, tambin son ms rpidas y ms exacta porque se calculan valores en vez de hacer lecturas en el diagrama.
La ecuacin para obtener la tensin mxima permitida (SA) es: SA 0.25T 0.5625Smin SFT = Mnima fuerza de tensin permitida (psi) SF = factor de seguridad. SA = tensin mxima permitida (psi)S A 0.25(90000) 0.5625(6051)(1.0) S A 25904psi
El rango permitido de tensin es:DSA SA Smin
25904 6051 19853 (psi)
El rango actual de tensin es:DSact Smax Smin33403 6051 27352 (psi)
La carga de la varilla en porcentaje es de:% c arg a de la var illa Smax Smin 100 DSA
27352 100 137.8 % 19853
Por lo tanto se concluye que las varillas se encuentran sobrecargadas
PROYECTO FINAL Se entregar un anteproyecto de SAP para su autorizacin (antes del 4 de noviembre) por el representante de cada equipo del proyecto. Equipo de 3 o 4 integrantes. Se entregar un trabajo escrito. Se entregar en un CD toda la informacin del proyecto (presentacin, artculos u otro tipo de publicacin, corridas de computo, listados, etc.). La presentacin la realizar todo el equipo del proyecto en 20 minutos (7 y 9 de diciembre).
PROYECTO FINAL Ttulo. Objetivo. Introduccin. Desarrollo. Resultados.
Aporte del proyecto. Conclusiones y recomendaciones.
Bibliografa
SOFTWARE DE BOMBEO MECNICO
Software en el mercado. I. Rodstar Desarrollado por la compaa Theta Enterprise, requiere licencia para poder trabajar. Puede trabajar en Red II.Qrod Desarrollado por la compaa Echometer, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier PC. III.Srod Desarrollado por la compaa Lufkin, necesita licencia para poder trabajar. Puede trabajar en Red.
Software en el mercado. IV.SARP Desarrollado por la compaa CEALC, necesita licencia para poder trabajar. Actualmente no esta disponible en el mercado.
V.TRIROD Desarrollado por la compaa Trico Industries. Emplea el mtodo API RP11L, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier PC.
FIN DE LA PRESENTACIN
14 Octubre 2010