CURSO BES
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CURSO DE OPERACIONES CON BOMBAS
ELECTRO SUMERGIBLES
Ing Alberto Bidone
Articial Lift Sales Technical Support
Artificial Lift
Levantamiento Artificial
El Bombeo Electrocentrífugo es una de las mayores formas en levantamiento artificial.
Schlumberger lidera la tecnología aplicada a bombeo electrosumergible.
Aplicaciones de los Productos
Schlumberger se especializa en el diseño , fabricación, aplicación, marketing, instalación, servicios y reparación de:
Equipos electrosumergiblesCables de Potencia SumergiblesSistemas de alimentación y control de equipos electrosumergibles
Diámetros de los Equipos
Schlumberger ofrece un rango de equipamiento para casing pequeños 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 aplicación, Schlumberger puede ofrecer sistemas de bombeo para temperaturas desde 50 hasta 450 F .
Schlumberger también ofrece la mas extensa línea de equipos de bombeo resistentes a la abrasión más fiable en el mercado mundial.
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)
Dis
char
geTe
mpe
ratu
re(°
F)
240,0
67 STG JN21000,190°F INLET,50% OIL ,50%WTR
Máxima Potencia Disponible (60 Hz)
375 456 540 562 7380
200
400
600
800
1,000
1,200
Motor Series
60 H
zM
axim
umH
orse
pow
er
Rango de Temperaturas en Motores
Los motores Schlumberger están construídos 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 Operación Recomendado
Definición, curvas, tipos de bombas ,etapas y aplicaciones.
• La bomba centrífuga está formada por unidades denominada etapas.Cada etapa consiste de un impulsor y de un difusor.
Note la dirección del flujo.El impulsor envía 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 fluído e imparte energía cinética, el difusor transforma la energía cinética en energía potencial
Etapa de la Bomba
El impulsor está adherido al eje y gira con él.El difusor es estacionario dentro del housing de la bomba.Dependiendo del tipo de etapa,el impulsor tendráalrededor de 7 a 9 álabes los cuales imprimen un movimiento suave al fluído 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 típico de las paletas.
Eje
Cubo
Faldon
Dirección de la rotación
Alabes
Pasaje del fluído
Etapa de la Bomba
• El difusor siempre tiene un número diferente de álabes comparado con el impulsor.Por qué?
Para prevenir vibraciones!!!
Etapa de la Bomba
Etapa de la BombaHay tres TIPOS de IMPULSORES que determinan la cantidad de flujo
disponible para un diseño específico.
La diferencia entre estos tres tipos de diseños es mostrado por los ángulos
de los álabes del impulsor y el tamaño y forma de los pasajes internos del
fluído.
Etapa de la Bomba
En los IMPULSORES DE FLUJO RADIAL (llamados panqueques) ,el fluído es obligado a realizar cambios de dirección en forma abrupta y siguiendo ángulos agudos.El grado de cambio direccional es cercano a los 180°.Es este cambio de dirección lo que desarrolla la altura o “head” de la etapa. Los álabes forman ángulos cercanos a los 90° con el eje.
Etapa de la BombaLa energía cinética de un líquido en movimiento en un determinado punto en un sistema de bombeo tiene como expresión matemática , una fórmula desarrollada porHazen-Williams quienes escribieron una de las más comunes para cañerías de acero lisas.
H = ( V² / 2 g)donde : H altura de elevación, V velocidad en la cañería , g aceleración de la
gravedad ( 32.17 ft/sec/sec)
Una buena ingeniería recomienda que hay que tratar la velocidad en la cañería
de succión a 3 ft / sec o menos y la velocidad en la descarga mayores que 11
ft /sec pueden causar flujo turbulento y/o erosión en el csg de la bomba
Etapa de la Bomba
c1w1 u1
u2
c2
w2
C1=velocidad de entrada del fluído al impulsor
U1= velocidad periférica
W1=velocidad relativa
IMPULSOR DE FLUJO RADIAL
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIALCuando el fluído entra al álabe de la bomba adquiere una velocidad C1,compuesta por una velocidad periférica U1 y la relativa W1.Al salir del impulsor ,el fluído,tiene una velocidad relativa que ha disminuído a un valor W2 y la velocidad periférica 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 energía es transformada en presión en el difusor.
Etapa de la BombaIMPULSOR DE FLUJO RADIAL
La ecuación que resume lo dicho anteriormente es:
(P2 – P1) = [( c22 – c1
2 ) + ( u22 – u1
2 ) + (w22 – w1
2 ) ] γ / 2 g
La ecuación anterior se puede expresar en términos de ALTURA ,si dividimos la diferencia de presiones por la gravedad específica del fluído:
(H2 – H1) = (P2 – P1) / γ =
= [( c22 – c1
2 ) + ( u22 – u1
2 ) + (w22 – w1
2 ) ] / 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 restricción. Debido a esto las etapas son adecuadas para manejar mayores volumenes de fluído,pero no desarrollaran gran altura.
Etapa de la Bomba
Un IMPULSOR DE FLUJO MIXTO tiene un álabe con un ángulo 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 fluído,con una gran similitud al propulsor de un bote.Dichas etapas pueden manejar altos volúmenes de fluído pero desarrollan muy pequeña altura de elevación.
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 más del 20% de gas libre
Etapa de la Bomba
Rango de Operación Recomendado
Durante el proceso de dimensionar una bomba ,nosotros tratamos que el tamaño de esta se encuentre dentro del Rango de Operación Recomendado ( ROR)
Qué y porqué es tan importante el ROR ?
Rango de Operación 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 ²inches
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 ²inches
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 mayoría de las personas ven en el rango de
operación de la bomba, una definición de límites de empuje, donde la etapa está en downthrust (empuje hacia abajo) o en upthrust (empuje hacia arriba). Si la etapa se encuentra dentro de ROR se piensa que estábalanceada sin someterse a empujes en cualquier dirección.
Rango de Operación Recomendado
Gráficamente a usted le gustaría 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 ²inches
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 ²inches
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 Operación Recomendado
Rango de Operación Recomendado
Antes de preocuparnos demasiado por cuanto empuje tenemos ,nosotros necesitamos conocer Qué es el
EMPUJE?.
Rango de Operación Recomendado
Isaac Newton desarrolló una ley la cual dice que cualquier objeto,este en reposo o en
movimiento,permanecerá en ese estado a menos que actue sobre el una fuerza externa.
También ,el nuevo movimiento del objeto será determinado por la suma de todas las fuerzas actuando sobre el.
Empuje del Impulsor
Sección transversal de un Impulsor
El Impulsor ,tiene tres fuerzas actuando sobre él en cualquier discusión de empujes y está 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 presión diferencial en la etapa.
La fuerza debida al movimiento del fluído entrando a la etapa.
Tanto hacia abajo o cero(cero ocurre en flujo abierto amplio - no presión).Tanto hacia arriba o cero (cero ocurre en condiciones de cierre o no circulación de fluído).
Empuje del Impulsor
El Impulsor tiene una masa sobre la cual actúa la gravedad y empuja a aquel hacia la Tierra.
F=mA donde A es la aceleración de la gravedadF
Empuje del ImpulsorPressure: La presión por el área 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 presión (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 Presión
Alta Presión Un impulsor adiciona presión a el fluído de tal modo que la presión en la parte superior es mayor que la presión en la parte inferior.
Empuje del Impulsor
Momentum: El fluído entrando por la zona inferior del impulsor es forzado a cambiar de dirección.Este cambio ejerce un momento que desarrolla una fuerza hacia arriba excepto cuando:No hay flujo ( en un cierre de pozo).
Dirección del flujo de fluído
Empuje del ImpulsorPressure: Las flechas hacia abajo representa un gran fuerza debida a la alta presión.
+ =
La diferencia neta entre la dos fuerzas es el empuje hacia abajo debida a la presión.
Empuje del Impulsor
En general ,Impulsores de mayor diámetro desarrollarán mayores empujes hacia abajo que los impulsores de menor diámetro para el mismo rango de caudales.
Por qué ?
Empuje del Impulsor
Porque ellos tienen una área de superficie mayor sobre la cual la diferencia de presión pueda operar.
Ellos también tienen mayor masa.
Empuje del Impulsor
Es posible de algún modo afectar el empuje hacia abajo causado por la presión ?
Qué pasa si reducimos la presión en la parte superior del impulsor?
Empuje del ImpulsorPressure: Si nosotros pudieramos reducir la presión en la parte superior del Impulsor como se muestra,esto reduciría 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 abrasión 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 cámara 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
Fluído de Baja presión
Baja Presión
AltaPresión
Caída dePresión
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 ²inches
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 ²inches
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 discusión previa, hay una lógica al observar la curva de la siguiente manera:
Rango de Operación Recomendado
Sin embargo no todas las etapas entraran en el upthrust.
La mayoría de las bombas se diseñan 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 Operación Recomendado
Si el diseño de la etapa es de compresión, el empuje no es relevante para determinar el ROR.!
Rango de Operación Recomendado
Las bombas Schlumberger se fabrican de 3 tipos básicos:
1)Flotantes - Cada impulsor está libre para moverse hacia arriba y abajo sobre el eje. (Esto se llama flotar sobre el eje).
2) Compresión - Cada impulsor esta fijo al eje en forma rígida, para que no puedan moverse si no se realiza con el movimiento del eje . Todos los impulsores son comprimidos conjuntamente para formar un cuerpo rígido.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 Básicos 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
Compresión
ProtectorThrustBearing
MotorThrustBearing
Porqué Utilizar Bombas Flotantes?
Un gran número 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 área productiva de la misma.
Estas etapas tienen tolerancias de fabricación, mas amplios.
Su ensamble en el pozo es mas fácil, ya que no requiere shimming.
Bombas Flotantes
Qué necesitamos nosotros observar para utilizar etapas flotantes?
1) Puede haber límites 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 quédebemos preocuparnos por el empuje del eje?
Empuje del Eje
El empuje total está conformado por dos componentes:
El empuje del impulsor y
el empuje del eje.
Empuje del Eje : Bomba de Compresión
En la bomba de compresión,nosotros no podemosseparar el empuje del eje y de los impulsores ,porestar ambos rígidamente acoplados juntos
Empuje del Eje : Bomba FlotanteEn una bomba flotante ,el impulsor puede moverselibremente en el eje y tiene sentido que el eje puedatambién moverse dentro del impulsor.El extremo superior del eje está expuesto al fluído de descarga de la bomba ,el cual está a una presiónmás alta que en la admisión de la misma.La presiónactuando en el extremo superior del eje de la bombagenera un empuje hacia abajo. El eje de la bomba también tiene una masa de talmodo que la gravedad empujará hacia abajo.∴ EL EMPUJE DEL EJE ES SIEMPRE HACIA ABAJO NUNCA ARRIBA.
Empuje del Eje : Bomba Flotante
Recordar que: Fuerza = Presión 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 = Presión x Area
De tal modo que la presión de descarga de la bombamultiplicada por la sección transversal del eje nos
dará el empuje del eje?
NO!
Empuje sobre el Eje en Bombas Flotantes
Pi = Presión de Entrada a la BombaPd = Presión 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 también que independientemente de los varios diámetros,couplings,etc.que la fuerza neta sobre el eje puede ser calculada por:
Fuerza = (Pd-Pi) *Axs
Donde Axs = Sección transversal del extremo del eje.
PiEntrada de fluído a la bomba
Impulsores flotantesDesde que los impulsores flotantes son libres de moverse en el eje hacia arriba o abajo,lo único que lo detiene es su difusor superior o inferior.”La arandelas de desgaste” son provistas en toda superficie compañera o enfrentada entre el impulsor y el difusor para absorver elempuje generado.
ThrustWashers
Impulsores flotantes
Las áreas azules muestran las arandelas "upthrust" entre el impulsor y el difusor superior.
Fuerza
Upthrust es absorvido aquí
Impulsores flotantesEl área azul muestra el "downthrust" washers entre el impulsor y el difusor inferior. Observar que hay mayor área de downthrust que de upthrust. Esto es debido el downthrust generalmente un valor máximo más grande.Recordar que nosotros dijimos que muchas etapas nunca estarán en condición de upthrust.
Downthrustes absorvido aquí.
Fuerza
Impulsores flotantesNosotros también dijimos que muchas etapas están diseñadas para operar en downthrust.Por qué es esto?La razón 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 pérdidas dentro de las áreas 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 CompresiónEn una bomba de compresión, todos los impulsores son
fijados rígidamente 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 presión inferiores debido a la gravedad. Por lo cual el eje debe ser levantado con los shims en el coupling desde la última 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 través del eje hacia el cojinete del protector directamente.
Bombas de Compresión
Cuando el impulsor se mueve hacia arriba o abajo,el eje se mueve con él 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 vía 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.
Porqué utilizar Bombas de Compresión?
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 más grande incrementando su vida útil.
Algunas etapas generan mucho empuje para ser manejado por las arandelas de downthrust del impulsor.
Ocasionalmente en los pozos gaseosos, el volúmen de fluído cambia drásticamente dentro de la bomba y en el caso de la etapas flotantes pueden ser muy severos para las arandelas de fricción.
Si abrasivos o corrosivos estan presentes, puede ser beneficioso para manejar el empuje en un área lubricada por el aceite del motor y no por los fluídos del pozo.
Algunos fluídos (propano líquido) no tienen la suficiente lubricación para las arandelas del down thrust de la etapa.
Bombas "BFL”(Bottom-Floater)
BFL es un antiguo método para manejar el downthrust.
La tecnología de los cojinetes del protector ha sido mejorada sustancialmente a través del tiempo,pero muchos años antes ,los protectores no podían manejar el empuje generado por muchas de las bombas existentes en ese momento. Como resultado de esto ,la construcción BFL fue desarrollada.
Bombas "BFL"
En la BFL el 40% de los impulsores superiores son fijados al eje (bomba de compresión) y el eje NO es suplementado (shimmed) durante el armado de la bomba.Como resultado de esto,la sección superior de los impulsores gira sobre las arandelas de empuje de los difusores. Estas arandelas soportan todo el empuje de los impulsores fijos como también el eje y el empuje del eje es igualmente distribuído sobre las arandelas de empuje. El resto de las etapas son armadas como bomba flotante
Bombas "BFL"
Por qué no ir y fijar todos los impulsores a el eje?
Porque la tolerancia del apilamiento haría de esta construcción una pesadilla.Si todas las etapas no fueran colocadas exactamente,una o alguna de las etapas manejarían todo el empuje hasta que arandelas de empuje fallaran y entonces el empuje se desplazaría un poco más abajo,etc.
HistéresisDigamos 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 ilustración trataremos al Impulsor en rojo y en downthrust y el Impulsor en azul y en upthrust
UpthrustDownthrust
Histéresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Si nosotros incrementamos el caudal desde izquierda a derecha ,la bomba cambiaría desde downthrust a upthrust en este punto.
Histéresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Pero si nosotros disminuímos el caudal,el Impulsor no retornará al mismo punto.Este lo hará pero a un caudal menor.
Histéresis
Caudal - BPD
Altura en pies
De tal manera habrá una histéresis entre los puntos de upthrust y down-thrust.Es una buena práctica tanto para arrancar un pozo cerrarlo totalmente o inclusive cerrarlo brevemente luego del arranque y entonces abrirlo para un flujo normal asegurándonos que el impulsor esté. en posición downthrust..
Histéresis
Caudal - BPD
Altura en pies
Sin embargo antes de cerrar un pozo,debemos ser precavidos que la bomba no desarrolle una excesiva ( peligrosa ) presión de descarga
La razón para esta histéresis es que estamos cambiando el área efectiva de la upper y lower shrouds por cambio de la posición de el impulsor. Desde que el empuje proviene de la presión por el área,el cambio en el área cambia el empuje.
Upthrust areaDownthrust area
Nosotros perdemos eficiencia en la posición upthrust debido a la capacidad del fluído a recircular desde la alta a la baja presión por el área del canal de pasaje de aquél.Adicionalmente se pierde eficiencia si fluídos abrasivos causan erosión en el difusor.
Resumen
Algunos factores determinaran el rango de operación recomendado de las bombas. Mientras que el empuje es un factor, algunas veces no es considerado como tal.
Una razón para restringir el rango de operación 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 volúmen (con mayor potencia instalada).
Capacidad – Barriles por día
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
Pump Only Load
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
Elevación
Límites
Bombas Usadas
Límites
Bombas Nuevas
En el punto de
Máxima eficiencia
En el ROR
En el ROR
Donde es
aplicable
Para todos los cálculos, ésta curva puede ser usada como punto de partida. La curva está basada sobre la perfomance promedio de bombas actualmente en producción.
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 catálogo, sino que puede estar dentro de las tolerancias estandar aceptadas según normas API.
Aplicaciones de Bombas
ResumenEl rango recomendado de operación no depende necesariamente del empuje sobre cojinete.
El empuje sobre el impulsor es una combinación de gravedad, presión y velocidad.
Las bombas son construídas en 3 tipos: compresíon, BFL y flotantes.
El empuje es manejado en forma diferente para cada tipo de bomba.
Los empujes de las bombas nunca pueden ser ignorados.
Las bombas Schlumberger son fabricadas en diferentes configuraciones. Muchas bombas (especialmente las diámetros pequeños), 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 construcción no está en los tipos de etapas, sino depende de la utilidad de sus extremos.
Aplicaciones de Bombas
Aplicaciones de Bombas
Una bomba Simple tiene la admisión 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 así la admisión. Puede ser acoplado otra bomba y/o una admisión en la parte inferior.
Una bomba "center tandem" no tiene admisión o cabeza de descarga integrada. Puede ser acoplada otra bomba en la parte inferior o superior, una admisión y una cabeza de descarga.
Una bomba "lower tandem" tiene la admisión integrada a su cuerpo, pero no una descarga. Puede ser acoplada otra bomba y/o una descarga en la parte superior.
Bomba Simple
Construída con cabeza de descarga
Admisiónincorporada
Cuerpo principal
Todas las bombas requieren de una admisión y una cabeza de descarga.Con una bomba simple, su costo puede ser mas bajo, pero seguramente creará problemas de inventario.
Upper Tandem
Construída con cabeza de descarga
Sin admisión
Cuerpo principal
En una bomba upper tandem puede ser ensamblado otra bomba o una admisión.
Bomba UT
BombaLT
Bomba UT
Admisión
Lower Tandem
No tiene cabeza de descarga
Contruida con admisión incluída
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 incluída
Cuerpo principal
Las bombas center tandem pueden ensamblarse otra bomba abajo y/o arriba, la admisión y cabeza de descarga.
Bomba UT
Bomba CT
Bomba CT
Bolt-onHead
No tienen admisión
Bomba LT
Bomba CT
Admisión
Con las bombas CT pueden intercambiarse fácilmente una admisión estandar por un separador de gas o simplemente ser cambiada de posición de acuerdo a su estado mecánico.
Center Tandem
Diferentes tipos de admisión, separadores de gas, manejadores de gas, y cabezas de descarga, están 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 diámetros 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 útil 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 varía de acuerdo al tipo de etapas ,pero es de 30 cmaproximadamente
Otra configuración de la bomba es la "ES" o Enhanced Stabilization
(Estabilización 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 tecnología utilizada en las bombas resistentes a la abrasión, están disponibles con bujes construídos bajo patente, en diversas opciones de metalúrgias y formas.
Los materiales disponibles son : Zirconia, SiC (carburo de silicio), T (carburo de Tungsteno).
Aplicaciones de Bombas
Las bombas resistentes a la abrasión pueden ser configuradas de la siguiente manera:
Aplicaciones de Bombas
Estas curvas comunmente están disponibles en frecuencias de 50 Hz or 60 Hz para cada tipo de etapa.
También están 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
bpdinchesinchesin²inches
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
bpdinchesinchesin²inches
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/dcmcmcm²cm
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/dcmcmcm²cm
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 diseños 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"
DiámetroExterior
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"
MínimoCasing
Las etapas son denominadas según el punto de mejor eficiencia en caudal y
en barriles por día a 60 Hz. Por ejemplo una DN1750 es una bomba donde
su mejor eficiencia se encuentra en los BPD.
La letra "N" en la denominación de la bomba (DN1750 or D1400N) indíca que
el impulsor es de Ni-Resist. Si la denominación no tiene la letra “ N “ el
impulsor es de plástico.
Por ejemplo, una A1200 es una bomba con impulsores de Rayton (plástico)
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
aleación de Niquel,Cobre,Cromo y Silicio;resistente a la corrosión similar a
un SS 302/304
Nomenclatura
Esta denominación es válida 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 están denominadas en "BPD“, sino que lo están en "GPM" (galones por minuto).
Por ejemplo, en una M675 su punto de mejor eficiencia está a los 675 GPM (60 Hz).
Nomenclatura
La razón de esta nomenclatura (GPM) es que éste tipo de bombas son utilizadas en producción de agua para recuperación secundaria o en producción de agua industrial, donde prefieren trabajar en GPM a BPD.
Nomenclatura
Una bomba siempre está definida por un número de parte base, de acuerdo a su configuración y el agregado de letras en el número de parte, definirá específicamente cada tipo de bomba.
Nomenclatura