BOMBEO+MECÁNICO

5/10/2018 BOMBEO+MECÁNICO - slidepdf.com

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Bombeo MecánicoReciprocanteOCTUBRE 2010



FACTORES PARA ELEGIR UN SAP

Propiedades de los fluidos

Estado mecánico del pozo

Pruebas de producción

Aforos y/o condiciones de operación

Registros de presión/temperatura

Disponibilidad de la fuente de energía



FACTORES PARA ELEGIR UN SAP



Existen diferentes sistemasartificiales entre ellos el bombeomecánico reciprocante.

Su función es extraer fluidos

mediante un movimiento ascendente-descendente, que se transmite pormedio de la sarta de varillas a labomba colocada dentro de la TP enel fondo, cerca del yacimiento.

Los fluidos que se acumulan en la TRllegan a la superficie a través de laTP.

Varillas desucción

Cabezal

Bombasubsuperficial

UBM

Bombeo Mecánico Reciprocante



Varillas desucción

Cabezal

Bombasubsuperficial

UBM

Unidad de Bombeo Superficial.

Motor y Reductor de engranes.

Cabezal y Conexiones Superficiales.

Sarta de Varillas.

Bomba Reciprocante.

Componentes Principales



Un bajo índice de productividad.

Que no haya producción de arena, si la hay que sea muy baja.

Que exista una presión de fondo fluyendo suficiente para que losfluidos alcancen un nivel estático en el pozo.

Que no haya depósito de parafinas.

Que la Pwf > Pb a la profundidad de colocación de la bomba.

APLICACIÓN



SUPERFICIAL Motor Reductor de engranes Unidad de bombeo

superficialCabezal y conexiones

superficiales

SUBSUPERFICIAL Bomba Sarta de varillas

EQUIPO



MOTOR ELÉCTRICO Bajo costo inicial. Menor costo demantenimiento Facilidad para ajuste

en un sistema de

automatización

MOTOR DE COMBUSTIÓN Control de velocidad más

flexible. Menor costo de

combustible.

Tipo de Motores



Función: Reducir la velocidad del motor principal a una velocidad debombeo adecuada.

Su flecha esta sujeta a una torsión máxima (Selección de equipo)

La unidad de bombeo superficial recibe la potencia del motorprincipal a través de bandas.

Reductor de Engranes

TORSION: Deformación de un cuerpo sólido, que es producida cuando parte de la tubería

gira en una dirección y la otra parte permanece estática o gira en la otra dirección



FUNCIONES:

Transfiere la energía del motorprincipal a la sarta de varillas.

Convierte el movimiento

rotatorio del motor a unoreciprocante u oscilatorio. Reduce la velocidad del motor a

una velocidad adecuada debombeo

Mantiene la verticalidad de lavarilla pulida.

Unidad de Bombeo Superficial



Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBM’s,su función es convertir el movimiento rotativo de unmotor en un movimiento reciprocante.

Existen diferentes tipos de unidades de BM, entreotras : la de balancín (BIMBA), la Hidroneumática debombeo reciprocante (TIEBEN) y la de carrera larga(ROTAFLEX).

En una Bimba el motor medianteel reductor de engranes hacegirar las manivelas y que a su vezmueven el balancín.

En una UBH el motor mueve unabomba hidráulica para que

mediante el sistema hidráulico semuevan en forma reciprocanteunos cilindros (gatos hidráulicos)

Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

El BM de carrera larga se aplicaa pozos de alta capacidad deproducción o profundos, emplea undiseño completamente mecánico conuna cadena.



El peso de la sarta de varillas, la bomba yde la columna de fluidos desequilibran lafuerza necesaria para el movimientoreciprocante, es decir, se requiere muchafuerza para levantar el aparejo, y solo lagravedad para bajar.

Para disminuir este esfuerzo, el peso delaparejo se equilibra o balancea con masasde acero (contrapesos), en el caso de labimba y en el caso de la UBH con la fuerzaque proporciona el nitrógeno a presión.

Una vez balanceado, solo es necesaria pocafuerza para subir y bajar la bomba en elfondo, esto reduce por mucho el consumode energía necesaria, de ahí la importancia

de un buen balanceo.

Unidades de Bombeo Mecánico



En el cabezal del pozo seutilizan válvulas para el

control y manejo de losfluidos, así comoaccesorios para laoperación del equipo debombeo mecánico y el

aparejo de producción.

Cabezal y Conexiones Superficiales



- CLASE I Unidad Convencional

- CLASE III Aerobalanceada y MARK II

Geometría de las Unidades (BIMBA)



VENTAJAS Tiene bajo costo de

mantenimiento Costos menores que otro tipo

de unidades.

Es usualmente mejor convarillas de fibra de vidrio. Puede girar en el sentido de las

manecillas del reloj y contrario. Puede bombear más rápido que

la Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo

que la Mark II.

DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no es

tan eficiente como la Mark II. Puede requerir una caja de

velocidades mayor que otrotipo de unidades(especialmente con varillas deacero).

Unidad Convencional



Compensador

Cable Colgador

Guarda Bandas

(Tolva)

Contra Peso

Reductor de Engranes

Freno

Muñón

Brazo Pitman

(Bielas)

Patín

Escalera

Poste Sampson

Motor Principal

Cable del Freno

Palanca delFreno

Balancín

Cabeza deCaballo

Manivela

Cojinete Central

Barra Portadora

o elevador

Varilla Pulida

Fig. 28 Unidad de Bombeo Mecánico Convenciona



VENTAJAS Tiene bajo torque en muchos

casos (con varillas de acero). Puede bajar costo (5 a 10 %)

comparada con el siguientetamaño de la unidadconvencional.

DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no

puede bombear tan rápidocomo la Convencional, porquepuede causar problemas defallas en las varillas.

Puede girar solamente ensentido contrario a lasmanecillas del reloj.

Puede causar más daño a lasvarillas y bomba en caso de

fluido pesado. Puede someter a la sarta de

varillas en el fondo del pozo asevera compresión que puedecausar fallas por pandeo.

Unidad Mark II



VENTAJAS Es más compacta y más fácil

para balancear que otras

unidades. Los costos de transportaciónson menores que otrasunidades.

Puede girar en el sentido delas manecillas del reloj o

sentido contrario.

DESVENTAJAS Es más complicada y requiere

mayor mantenimiento

(compresor de aire, cilindro deaire). La condensación de agua en el

cilindro puede causarproblemas.

La caja de velocidades puede

ser dañada si el cilindro pierdepresión de aire.

Unidad Aerobalanceada



TAREA 13- Resumen artículo

Effects 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



API ha desarrollado un método estándar para identificar y describir lasunidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100

TIPO DE UNIDAD:C CONVENCIONAL M MARK IIA AEROBALANCEADA

TORSIÓN MÁXIMA QUEPUEDE TOLERAR LA FLECHADEL REDUCTOR DEENGRANES EXPRESADA

EN 10³ (pg.lb)

LA LETRA D INDICAQUE TIENE UNDOBLE REDUCTORDE ENGRANES.

CARGA MÁXIMAQUE SOPORTA LAVARILLA PULIDA

EXPRESADA EN10² (lb).

MÁXIMALONGITUD DECARRERA DE LA

VARILLA PULIDAEXPRESADA (pg)

Designación de Unidades (BIMBA)



Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equiposuperficial.

En un momento del ciclo las cargas que soporta son:

Peso del fluido Peso de las varillas Cargas de aceleración Carga por vibración Fuerza de flotación Fuerzas de fricción

Varilla Pulida



Función Reducir la torsión en el reductor

de engranes. Reducir el tamaño del motor

principal (hp´s). El efecto de contrabalanceopuede obtenerse colocando

contrapesos en el balancín, bielao manivela.

El contrapeso tiene un pesoaproximadamente igual al pesode las varillas (Wr) más lamitad del peso del fluido (Wf).

Contrabalanceos de la Unidad



Unidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzasde flotación, inercia y dinámicas. Wr = 10,000 lbs. y Wf = 4,000 lbs.

UNIDAD SINCONTRABALANCEO

UNIDAD CONCONTRABALANCEO

Carrera ascendente(Wr+Wf) – 0 = 14000 lbs.

Carrera descendente(-Wr+ 0 ) = -10000 lbs.

Carrera ascendente(Wr+Wf) – 12000 = 2000 lbs.

Carrera descendente(-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.

Ejemplo



FunciónDesplazar los fluidos del yacimientodesde el fondo del pozo hasta lasuperficie por el interior de la tubería

de producción. Componentes1) Barril de trabajo/camisa dela bomba2) Émbolo o pistón

3) Válvula viajera4) Válvula de pie o estacionaria

Bomba Subsuperficial



Válvula

viajera

Válvula

estacionaria

Émbolo

Cilindrode trabajoy camisa

Partes de la Bomba Subsuperficial



Partes de la Bomba Subsuperficial



A) Bomba de inserción. Se puede conectar a la sarta de varillas sinsacar la T.P. a la superficie, sólo se saca la sarta de varillas.

B) Bomba de tubería de revestimiento. Es una versión de la anterior

sólo que esta se ancla en la T.R. Manejan grandes volúmenes enpozos someros y de bajo IPR.

C) Bomba de tubería de producción. La diferencia con la de inserción esla forma en como se coloca la camisa de la bomba. Este vaconectado en el extremo inferior de la T.P. y se introduce al

pozo como parte de la sarta de producción.

Clasificación de las Bombas



Materiales usadosCamisa/Barril Acero aleación

Bronce Hi-brin Nitreline Hi-hard Krom-i-dee Silverine

Pistón Acero aleación Bronce

Co-hard Superhard Cromado

Válvulas Stellita C.T.

Varillas Acero aleaciones Mg, si, ni, vn, cu, br, cr,

mo Fibra de vidrio

l l



Nomenclatura API para labomba



Está compuesta de dos partes principales: elémbolo y el barril ; con sus válvulas.

Ciclo de bombeo:1. Émbolo hacia abajo cerca del final de la

carrera, el fluido pasa a través del laválvula viajera , el peso de la columna es

soportado en la válvula de pie.2. Émbolo hacia arriba arrastrando losfluidos arriba de la válvula viajera, laválvula de pie admite fluidos del

yacimiento.3. Émbolo hacia arriba cerca del fin de la

carrera, válvula de pie abierta y viajera

cerrada.4. Émbolo hacia abajo, válvula de piecerrada por la compresión, la válvulaviajera se abre por el mismo efecto.

La Bomba Reciprocante



Válvula

viajera

Válvula

estacionaria

Émbolo

Tubería de producción

Varillas de

succión

Cilindrode trabajoy camisa

(a) (b) (c) (d)

Ciclo de Bombeo Mecánico



(a) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.

(b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.

(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.

(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.

Ciclo de Bombeo Mecánico



Sarta de Varillas

La sarta de varillas de succión es un sistemavibratorio complejo mediante el cual el equiposuperficial transmite energía o movimiento a labomba subsuperficial.

La selección de la sarta de varillas depende dela profundidad del pozo y las condiciones deoperación de este.

Su diseño consiste en seleccionar la sarta másligera y por lo tanto más económica, sinexceder el esfuerzo de trabajo de las propiasvarillas.

El esfuerzo de trabajo depende de lacomposición química de las varillas,propiedades mecánicas y fluido bombeado.

Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.



Ejemplo: Varilla API No. 86

86

8/8 (1”)

7/8”

6/8” (3/4”)

Número de Varilla API



Clases de varilla

Clase KResistente a corrosión

Clase CResistente a corrosión, trabajo pesado

Clase DTrabajo extra pesado sin H2S



Ventajas BM

Varillas desucción

Cabezal

Bombasubsuperficial

UBM Tiene buena eficiencia.

Permite la optimización y el control.

Bajo costo de mantenimiento. Pueden emplearse materiales paradisminuir los problemas de corrosión.

Es flexible - permite ajustar la

producción a través de la longitud de lacarrera y la velocidad de bombeo.



Presenta desgaste en las varillas y en laTP en pozos desviados.

No aplicable cuando se tienen altas

relaciones Gas-Aceite. Su eficiencia decrece con la profundidad.

Por las dimensiones y aspecto de launidad superficial afecta la estética y elambiente.

Limitaciones BM

Varillas desucción

Cabezal

Bombasubsuperficial

UBM



Rango Tipico Máximo*

Profundidad 100 - 11,000’ TVD 16,000’ TVD

Volumen 5 - 1500 BPD 5000 BPD

Temperatura 100°- 350°F 550°F

Desviación 0 - 20° 0 - 90°

<15° /100’

Corrosión Bueno a Excelentecon materiales especiales

Manejo de Gas Aceptable a Bueno

Manejo de Solidos Aceptable a Bueno

Densidad Fluido >8°API

Tipo de motor Gas o Electrico

Aplicaciones Marinas Limitada

Eficiencia Sistema 45%-60%

Rango de Aplicación BM

Varillas desucción

Cabezal

Bombasubsuperficial

UBM



MÉTODO DE

DISEÑO API

RP11L

M TODO DE DISE O



M TODO DE DISE OAPI RP11L

SUPOSICIONES

1. Bombeo con 100 % de líquido.

2. Solamente varillas de acero.

3. Unidad de bombeo convencional.

4. Bajo resbalamiento del motor principal.

5. Unidad perfectamente balanceada.

MÉTODO DE DISEÑO



MÉTODO DE DISEÑOAPI RP11L

SUPOSICIONES

6. Fricción normal en el fondo del pozo.

7. No considera efectos de aceleración del fluido.

8. Tubería anclada o desanclada.



NOMENCLATURA

H = Nivel de fluido

L = Profundidad de la bomba; distancia de la superficie alasiento niple/zapata.

N = Velocidad de bombeo; (S.P.M.) número de carreras porminuto completas.

S = Longitud de carrera; distancia del movimiento de la varillapulida del tope al fondo de la carrera.

D = Diámetro del émbolo en la bomba subsuperficial (pg.).



NOMENCLATURA

G = Gravedad específica de los fluidos combinados en el pozo.

Wr = Peso de la sarta de varillas de succión en el aire

Er = Constante de elasticidad de la tubería.



Fo = Carga estática de fluido sobre el área total delémbolo multiplicado por el nivel del fluido.

Kr = Constante de elasticidad que representa la cargaen libras para alargar la sarta de varillas.

1/Kr = Constante de elasticidad para el total de lasarta de varillas.

Skr = Libras de carga necesarias para alargar el total

de la sarta de varillas en una cantidad igual a lacarrera de la varilla pulida.

NOMENCLATURA



Fo/Skr = Alargamiento dimensional de varilla; que es elalargamiento causado por la aplicación estática de la carga defluido.

N/No = Carreras por minuto de la unidad de bombeo; divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillas notelescopiada.

NOMENCLATURA



N/Nó = carreras por minuto de la unidad de bombeo divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillastelescopiadas.

Kt = Constante de elasticidad que representa la carga en librasrequerida para dilatar la longitud total de la tubería=1pg.

1/Kt = Constante de elasticidad de la longitud total de latubería; (0) si es anclada.

NOMENCLATURA



Sp/S = Porcentaje de la carrera subsuperficial del

émbolo/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.

NOMENCLATURA



Wrf = 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.

NOMENCLATURA



PPRL = Carga máxima de la varilla pulida.

MPRL = Carga mínima de la varilla pulida.

PT = Torque máximo en la caja de engranes de la unidad.

PRHP = Potencia en la varilla pulida.

CBE = Efecto de contrabalanceo.

NOMENCLATURA



EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODOAPI RP11L

Tablas y graficas



Unidades

Hidroneumáticas de Bombeo Reciprocante(UBH)

TIEBEN



Hasta los años noventa la operación de los equiposde bombeo mecánico se consideraban los máseficientes, utilizando las unidades de bombeoConvencional, Aerobalanceada y la Mark II. Cuando

llegó a México una nueva unidad llamada TIEBEN, enel campo Poza Rica se llevo a cabo una prueba pilotoen el año de 1995 en el pozo Poza Rica 329 donde seevaluó la eficiencia de la nueva unidad

Hidroneumática mejor conocida como “Tieben”, quetan buenos resultados había tenido en el campoÉbano.

ANTECEDENTES HISTORICOS.



Producción de aceite por tipo de unidad

Unidades Convencionales Unidades Tieben

• 6288 BPD • 7862 BPD

156 Unidades

AIPRA 2005

103 Unidades



Tipos de Unidades

Las unidades de bombeo Hidroneumáticas se clasifican de acuerdo altipo de motor, montaje y carrera con el que pueden operar.

Tipo de Montaje• Pedestal (P)• Directo (DM)

Carrera• 60 pg (1.52 m)• 120 pg (3.04 m)• 180 pg (4.57 m)

Motor• Eléctrico (E)• Combustión (G)

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



Se compone de dos sistemas básicos:

• Sistema Hidráulico.- Este sistema proporciona el

movimiento necesario, ascendente y descendente, parael funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Consta deun Cilindro Hidráulico de efecto doble, una Válvula deControl Direccional de cuatro vías y una Bomba Maestra de

Engranes (bomba hidráulica).

Principio de Operación

(VER VIDEO)



• Sistema de BalanceoHidroneumático.-Contrabalancea el pesode la sarta de varillas y

consta de un Cilindro

Hidráulico de efecto simple

(acumulador), un paquete

de Tanques de Nitrógenoy una Bomba Auxiliar de

Engranajes.

Principio de Operación



Esquemático



Partes esenciales de la UBH reciprocante

Pedestal

• Cilindro(acumulador ymotriz.)

•Válvula check.•Arreglo unión.•Sensores.• Pedestal.• Plato.

• Conexiones.

Paquete motriz

•Válvula direccional.• Controlador deválvula direccional.

•Manifold.•Bomba maestra.•Bomba auxiliar.•Tanque piloto.•Tablero.•Deposito de Aceite.•Acumulador denitrógeno

•Tanquesalmacenadores denitrógeno.



Unidad TIEBEN



VENTAJAS DE LA UNIDAD DEBOMBEO HIDRONEUMATICO

SOBRE LA UNIDADCONVENCIONAL.



• COSTO DE ADQUISICION. Se tienen ahorros de hasta el 50%debido a que la unidad TIEBEN viene completamente lista paraser instalada, a diferencia del convencional que requiere de la

adquisición del motor, las bandas de transmisión, principalmente yde 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 eléctrico, de combustióninterna diesel o de gas, ya sea gas LP de un tanque estacionario ogas liberado en el espacio anular. Congruente con el consumo deenergía, para un mismo pozo, para una unidad TIEBEN lleva unaventaja en el requerimiento de potencia, al ser comparada con una

unidad convencional de aproximadamente 30%.

• COSTOS DE REPARACION. Se tienen ahorros del orden del500%. Por ejemplo, lo mas caro por reparar en una unidadconvencional 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 detransportación, instalación y operación. La unidad TIEBEN setransporta en un remolque ligero jalado por una camionetaPick-Up, se instala y se pone en operación en menos de tres

horas. Puede ser instalada incluso por un simple camión conmalacate y pluma. La unidad TIEBEN no requiere base deconcreto. Como comparación para transportar una unidadconvencional se requieren camiones de plataformas y grúas de15 toneladas. Además del periodo de acondicionamiento de lalocalización y construcción de dicha base.



• EFICIENCIA DE BOMBEO. Con la unidad de bombeoTIEBEN es posible trabajar a bajas velocidades de

bombeo, lo cual permite un mejor llenado del barril de labomba, reduce el golpeteo del fluido, el desgaste de la varillas

y el equipo superficial.



• PRODUCCIÓN DIFERIDA. El tiempo en operación es unagran ventaja de la unidad TIEBEN, pues la reparación de

cualquier parte de la unidad es bastante rápida y

requiere poco refaccionamiento. Por ejemplo, para

cambiar los sellos del pistón del acumulador de nitrógeno,recargarlo de nitrógeno y reiniciar la operación se

emplean menos de dos horas. Además el hecho de que el

pedestal sea abatible, permite la operación en forma

inmediata de los equipos de reparación y terminación depozos (RTP). Todo esto reduce al mínimo los problemas

por producción diferida.



Unidades de Bombeo de Carrera LargaROTAFLEX



Dos tercios de los pozos en el mundo son operados

mediante Bombeo Mecánico.

70 % de los pozos en Argentina (12,900 pozos) emplean

BM.

Aumenta la demanda mundial de hidrocarburos.

Extracción optima de hidrocarburos desde un punto de

vista técnico-económico.

Características de la unidad



72

La primera unidad con el mecanismo actual fueinstalada en Diciembre de 1987.

Weatherford (EVI Oil Tools) compró ROTAFLEX en 1989 - Existían 40 unidades instaladas.

Desde esa fecha ha experimentado un 15% decrecimiento interanual.

En 1991 se muda la planta desde Kilgore a Odessa.

Actualmente se cuentan 825 instalaciones anivel mundial, principalmente en Texas,Oklahoma, Venezuela y Colombia.

Rotaflex®




Carrera de 288 y 306 pulgadaspara bombas mecánicas (másde 7 metros).

Alta capacidad de

producción. Alta eficiencia para extracciónde pozos problema o pozosprofundos.

Aplicaciones en reemplazo debombas BEC.

Rotaflex®




Mayor vida útil del equipo de

fondo.

40 a 60% de reducción en losciclos de esfuerzo, mayor vidaútil de las varillas.

20 a 50% de reducción en elcosto de energía.

Ayuda a resolver el problema de

candado de gas.

100% accionamiento mecánicode bajo mantenimiento.

Rotaflex®



75

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 móviles.

Reducir los esfuerzos de tensión y compresión sobrela sarta de cabillas.

Aumenta la eficiencia total del sistema.



76

Ventajas del ROTAFLEX

Permite al sistema de bombeo reciprocanteaumentar su capacidad de producción hasta másde 2500 BFPD.

Unidad 100% mecánica.

Contrapeso fácil y preciso. Reductores de engranajes más pequeños.

Armado, probado y embarcado en una sola pieza.

No es necesaria y desinstalación para realizar losservicios al pozo.

Reduce los costos de operación y mantenimiento.



Características del ROTAFLEX

Unidad Vertical

Carrera de hasta 25pies

Capacidad de carga dehasta 50.000 lbs

Caja reductora dehasta 320.000

pulg*lbs




Sistema de Inversión

Totalmente Mecánico

Rotaflex®

Reductor API

Corona

Cadena

Carro Inversor

Caja Contrapeso




Rotaflex®

Banda Flexible conecta las

varillas al carro caja contrapeso.

Banda flexible absorbe fuerzasde inercia en los cambios de

Carrera




Rotaflex®

CORONA diámetro 914,4 mm.

18 inches



Mecanismo de Inversión

Carrera Descendente

CoronaSuperior

Caja

Contrapesos

CoronaMotriz

CarroInversor

Cadena




Carrera Descendente

ó




Cambio de Carrera




Carrera Ascendente




Un eje derotación en labase permitedoblarlo para

ser enviado sindesarmar

C í i d l ROTAFLEX




Puede rodarse pormedio de rielesanclados a la basepara facilitar el

acceso al pozo

í d l




Base y Unidadmontadas cercadel pozo

Base de concreto

especialmentediseñada para elRotaflex

Plataforma para

instalar elcontrabalance




Guardacorreascon bisagraspara fácil acceso

Poleas de

unidad y motorubicados a niveldel suelo

Rango de

velocidad de 1 a4,5 SPM



ROTAFLEX vs. Unidad Convencional

Unidad API M-912-365-144 R-320-360-288Nivel de Fluido (metros) 1900 1900

Profundidad de la Bomba (metros) 2000 2000

Tamaño del Pistón (pulg.) 2,25 2,25

Tasa de Producción (m3/día) 101 102

Eficiencia Total del Sistema (%) 48 57

Motor Nema D (HP) 100 60

Carga sobre la Caja Reductora (%) 84 52

Carga sobre la Estructura (%) 79 74

Velocidad de Bombeo (SPM) 11,3 4,83

Consumo Eléctrico Mensual ($) 1.972 1.673

Costo Aproximado del Sistema ($) 152.000 104.000



Candidatos Potenciales

Pozos nuevos

Pozos desviados y horizontales

Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubería

Crudos medianos y pesados

Aplicaciones con alta temperatura de fondo

Pozos con poco aporte - bajo nivel de f luido

Pozos someros de alta producción

C l i



Conclusiones

20 a 50 % de Incremento de Eficiencia de Extracción.Torque, velocidad y potencia constantes en la mayorparte de las carreras Ascendente y Descendente.

No se necesita sobredimensionar instalación eléctrica.Sistemas más eficientes si son diseñados para trabajara plena carga.

Si se utiliza variadores de velocidad no se necesitautilizar motores de Alto Deslizamiento, obteniéndosemejores eficiencias.



TAREA 16- Resumen artículo

Rotaflex Efficiency and Balancing.

J.N. McCoy, A.L. Podio and Lynn Rowlan

SPE 67275March 2001

EQUIPO No. 4 – 12 octubre 2010



Conceptos para el diseño deUBM



El Bombeo Mecánico es un sistema artificial de producción (SAP)en el cual el movimiento del equipo de bombeo subsuperficial seorigina en la superficie y se transmite a la bomba por medio de unasarta de varillas de succión.

1.- Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajerapor el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite

del pozo, llenando la camisa de la bomba.

2.- Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la

camisa de la bomba hacia arriba del émbolo, cerrando la válvula de pie que

impide que se regrese el aceite al pozo.

Ciclo de bombeo



Objetivo del diseño



Producir una ciertacantidad de fluidos por díacon un mínimo de:

1. Torsión.2. Carga en la varilla pulida.

3. Requerimientos de potencia del motorprincipal.

4. Costos de combustible o energía.5. Costos de mantenimiento de la unidad.6. Roturas de la varilla.

7. Producción diferida por rotura de varillas opor reparación y mantenimiento de launidad.

8. Costo inicial.

Características del BM



Debe ser:

•Resistente.

•De larga vida.

•Eficiente.

•Fácil y barato de transportar.

•Silencioso.

•No contaminante.

•Seguro de instalar y de operar.

Ventajas y Desventajas del BM



Ventajas:1. Fácil diseño.2. Unidades pueden ser cambiadas a otros

pozos.3. Adaptable a agujeros reducidos.4. Flexible.5. Levanta aceites viscosos y de altas

temperaturas.

Desventajas:1. No es posible manejar sólidos.2. No se adapta a grandes profundidades.3. En operaciones costa-afuera resulta

pesado y estorboso.

Principio de flotación



a) Cuando el Peso del cuerpo es menor

que el Empuje ascendente y se

encuentra 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 líquido.

c) Cuando el Peso del cuerpo es mayor

que el Empuje ascendente, éste sehunde pero aparentemente disminuye

su peso.

Patrón típico de cargas en la varilla pulidad t i l d b b



durante un ciclo de bombeo

Patrón típico de cargas en la varilla pulidad t i l d b b



Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de

varillas y fluido se levantan del fondo con máxima

aceleración. Esta zona se extiende desde el fondo hasta

algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente. En

esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a

la carga estática de la masa de varillas y fluido. Debido a

que la máxima aceleración hacia arriba ocurre en esta zona,

normalmente el producto de la carga compuesta de varillasy fluido por la máxima aceleración, da como resultado la

carga pico o carga máxima en la varilla pulida .

durante un ciclo de bombeo

Patrón típico de cargas en la varilla pulidadurante 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, aún se tiene la máxima masa de

varillas y fluido, pero se está desacelerando;

consecuentemente, el componente de inercia de la masa de

varillas y fluido se está restando del total del peso estático.

durante un ciclo de bombeo.




Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera

descendente, desplazándose hacia abajo hasta algún

punto cerca de la mitad de la carrera. En esta zonaúnicamente se tiene el peso de las varillas flotando,

menos el componente de inercia. Normalmente es en

esta zona donde ocurre la máxima aceleración hacia

abajo.





Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la

carrera descendente y se extiende hasta el fondo de la

carrera. En esta zona las varillas flotando se

desaceleran en su preparación para detenerse en el

fondo de la carrera, entonces, el componente de inercia

se suma al peso de las varillas.






Wf=peso de los fluidos a=factor de aceleración

Wr= peso de las varillas

a=max

v=0

a=maxv=0

a=0v=max

Wf Wr-a

Wf Wr+a

Wr-a

Wr+a

Mitad de la carrera Mitad de la carrera

Parámetros para la selección de la bomba deinserción



inserción

• 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

MECÁNICO



ACCESORIOS

Varillas extrapesada y centradores

1. Se debe utilizar 1 lb. de varilla extrapesada por cada bpdproducido hasta 500 bpd. Ejemplo: para 450 bpd, 450 lbs.

de varilla extrapesada. Después de esta cantidad 1.5 lb.2. No se deben colocar varillas extrapesadas a la profundidad

de la bomba cuando exceda los 3º de desviación, porque lavarilla extrapesada es de 1 1/2” y friccionaría contra latubería; en este caso colocar varilla de 7/8” concentradores.

3. Cuando se conoce el punto de la rotura de la varilla, loscentradores van debajo de este punto.



ACCESORIOS

Varillas extrapesadas y centradores

centradoresVarilla extrapesada

ACCESORIOS



ACCESORIOS

Anclas de gas

Un método para mejorar la eficiencia de la bomba,es desviar el gas libre hacia el espacio anular delpozo. 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



GOLPE DE FLUIDO.-Cuando la cámara decompresión está sóloparcialmente llena confluido, el problema sepresenta en la carrera

descendente de la bomba,el pistón estádesplazándose a través dela parte superior vacía dela cámara de compresión y

repentinamente golpea alencontrar mucho fluido.

VACIO

CASOS ESPECIALES



GOLPE DE GAS.- Estásituación es menos drásticaque el golpe de fluido, yaque al menos existe algo degas en la parte superior dela cámara de compresiónpara ayudar a acumularpresión antes de que la

válvula móvil choque con

el fluido. El gas amortigualigeramente los choqueshidráulico y mecánico.

VACIO

CASOS ESPECIALES



CANDADO DE GAS.-Fenómeno en la cámara decompresión, hace que la bombano produzca fluido. Las válvulasno operan y el pistón de labomba simplemente se mueve

hacia arriba y abajo, levantando y bajando la columna de fluidoen la sarta de tubos. La causa essimplemente que no hay suficiente presión generada en lacámara de compresión durantela carrera descendente de labomba para abrir la válvula.

Cartas dinamométricas



La carta dinamométrica es un diagrama deCARGA VS DESPLAZAMIENTO resultantedel registro de todas las fuerzas que actúansobre la varilla pulida con respecto a su

posición en cualquier instante durante el ciclode bombeo.

En este diagrama la posición de la varillapulida esta en el eje de las abscisa y la carga

en el eje de las ordenada.

VARILLA PULIDA




1. Cargas en el equiposuperficial.

2. Cargas en las

varillas.

3. Comportamiento dela bomba.

D E S P L A Z A M I E N T O

C

A

R

G

A

VVC,VPA

A B

C

VVA,VPC

D

CARRERA ASCENDENTE

CARRERA DESCENDENTE

Con ella se puede determinar:

(SARTA DE VARILLAS)

CONDICIONES IDEALES DE UNA CARTA DINAMOMÉTRICA



Velocidad de bombeo baja

No existen fuerzas de aceleración

No existen fuerzas de vibración

No existen fuerzas de fricción La válvula de pie abre y la válvula viajera cierra instantáneamente

en el inicio de la carrera ascendente.

La válvula de pie cierra y la válvula viajera abre instantáneamenteen el inicio de la carrera descendente.

No existen cambios en la longitud de la varilla debido a latransferencia de carga del fluido.




1.- Cargas en el equipo superficial:•Cargas máxima y mínima en laestructura de la UBM.

•Torsión en el reductor deengranes y en el motor principal.•Trabajo realizado por la varillapulida al elevar los fluidos y

vencer la fricción.•Contrabalanceo apropiado.





2.- Cargas en la sarta de varillas:•

Cargas máxima y mínima.•Esfuerzos en las varillas.





3.-Comportamiento de la bombasubsuperficial:

•Condiciones de trabajo de las válvulasviajera y de pie.•

La existencia de golpeteo de fluidos y sumagnitud.•Candado de gas en la bomba.•Fricción excesiva.•Si la bomba está o no bombeando envacío.•Condiciones de sobreviaje del émbolo oreducción del viaje del mismo.





Modificación de la carta dinamométrica por efectos deaceleración




Efecto de alargamiento y contracción de las varillas




Efecto de vibraciones naturales de la sarta de varilla

Diagnóstico de fallas



AUTOMATIZACIÓN BM



• Grandes ventajas técnicas y económicas se obtienen al instalar sistemas de

monitoreo y control (automatización).• Se utilizan controladores de pozos inteligentes.



Análisis de latensión con el

diagrama deGoodman

Modificado.(ANÁLISIS DE LAS VARILLAS)



De una carta dinamométrica de unaunidad de bombeo mecánico, la cargamáxima de una varilla de 1 pg., grado C

es de 26,235 libras, y la carga mínima es4,750 libras. Empleando el método APIdel diagrama de Goodman modificado sedeterminará sí las varillas trabajan en el

rango de tensiones de diseño.

Varilla



Varilla

Clase KResistente a corrosión

Clase CResistente a corrosión,

trabajo pesado

Clase DTrabajo extra pesado

sin H2S

Grado de lavarilla

Composiciónquímica

Esfuerzo de tensión(psi)

Mínimo Máximo

K AISI 46XX 85,000 115,000

C AISI 1536 90,000 115,000

D Carbono oaleaciones 115,000 140,000

Propiedades químicas y mecánicas de las varillas

Nota: De la especificación API SPEC 11B, la mínima fuerza de tensión (T)para varillas de grado C es de 90,000 psi.



SoluciónLa tensión máxima es.

La tensión mínima es.

)psi(33403)pg(785.0

)lbs(26235

illavarladeárea

máximaaargCS

2max

)psi(6051)pg(785.0

)lbs(4750

illavarladeárea

mínimaaargCS

2min



Usando el diagrama de Goodmanmodificado para varillas grado C, para una

tensión mínima de 6,051 psi sobre el ejevertical, trazar una línea vertical desde lalínea de tensión mínima hasta el punto detensión máxima 33,403 psi.



Esté punto se encuentra fuera del rangode tensiones permitidas, las varillas seencuentran sobrecargadas. En el diagramala tensión máxima debe de ser de 25,900psi. Este valor corresponde al punto deintersección entre la línea de máxima

tensión y la línea vertical dibujada.



Análisis de la tensión en forma analíticacon la modificación de Goodman.



El método API del análisis de la tensióndel Goodman se puede analizar con

ecuaciones y estas son muy fáciles deutilizar si se tienen programadas,también son más rápidas y más exactaporque se calculan valores en vez de

hacer lecturas en el diagrama.



La ecuación para obtener la tensiónmáxima permitida (SA) es: SFS5625.0T25.0S minA

T = Mínima fuerza de tensión permitida (psi)SF = factor de seguridad.SA = tensión máxima permitida (psi)

psi25904S

)0.1()6051(5625.0)90000(25.0SA

A



El rango permitido de tensión es:

)psi(19853605125904

El rango actual de tensión es:

)psi(27352605133403

minAA SSDS

minmaxact SSDS



La carga de la varilla en porcentaje es de:

%8.13710019853

27352

100DS

SSillavarladeaargc%

A

minmax

Por lo tanto se concluye que las varillas se encuentran sobrecargadas

PROYECTO FINAL



•

Se entregará un anteproyecto de SAP para suautorización (antes del 4 de noviembre) por elrepresentante de cada equipo del proyecto. Equipode 3 o 4 integrantes.

• Se entregará un trabajo escrito.• Se entregará en un CD toda la información del

proyecto (presentación, artículos u otro tipo de

publicación, corridas de computo, listados, etc.).• La presentación la realizará todo el equipo del

proyecto en 20 minutos (7 y 9 de diciembre).

PROYECTO FINAL



• Título.

• Objetivo.

• Introducción.

•

Desarrollo.• Resultados.

• Aporte del proyecto.

• Conclusiones y recomendaciones.• Bibliografía



“SOFTWARE DE BOMBEO MECÁNICO”



Software en el mercado.

I. RodstarDesarrollado por la compañía Theta Enterprise, requiere licenciapara poder trabajar. Puede trabajar en Red

II.QrodDesarrollado por la compañía Echometer, este software es gratis.Se puede instalar en cualquier PC.

III.Srod

Desarrollado por la compañía Lufkin, necesita licencia para podertrabajar. Puede trabajar en Red.



Software en el mercado.

IV.SARPDesarrollado por la compañía CEALC, necesita licencia para podertrabajar. Actualmente no esta disponible en el mercado.

V.TRIRODDesarrollado por la compañía Trico Industries. Emplea el métodoAPI RP11L, este software es gratis. Se puede instalar en cualquierPC.



FIN DE LA PRESENTACIÓN

BOMBEO+MECÁNICO

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Transcript of BOMBEO+MECÁNICO