Operación de Bombeo Mecánico I

ACTIVO DE PRODUCCIN POZA RICAOPERACIN DE EXPLOTACIN

OPERACIN DEBOMBEO MECNICO I

PR

OPERACIN DE BOMBEO MECNICO

CONSEJO EDITORIAL Abelardo Crdova Hernndez Manuel de Jess Coronado Zrate Eligio Carren Jimnez AUTOR Mario Arturo Hernndez Corts COLABORADORES Juan Manuel Razo Hernndez Alberto Hernndez Snchez Julio Csar de Jess Balanz Chavarra REVISIN TCNICA Alejandro Snchez Rodrguez Agustn Cervantes Snchez COLABORACIN Seguridad Industrial y Proteccin Ambiental PROCESAMIENTO DE TEXTO Instituto Mexicano del Petrleo REVISIN DE ESTILO Instituto Mexicano del Petrleo EDICIN Instituto Mexicano del Petrleo DISEO GRFICO Instituto Mexicano del Petrleo Primera edicin: 31 de Enero de 2000 D.R. Petrleos Mexicanos Administracin del Activo de Produccin Poza Rica Poza Rica, Ver. Hecho en Mxico

PEMEX EXPLORACIN Y PRODUCCIN ACTIVO DE PRODUCCIN POZA RICA

OPERACIN DE EXPLOTACIN

OPERACIN DE BOMBEO MECNICO I

NDICE

PRLOGO....................................................................................... OBJETIVOS...................................................................................... 1 INTRODUCCIN.......................................................................... 2 EQUIPO SUPERFICIAL EN POZOS CON BOMBEO MECNICO

2.1 Conexiones Superficiales...................................................... 2.2 Accesorios de Seguridad y Control.......................................

2.2.1 Preventores.............................................................. a) Preventor Doble E LP-15.......................................... b) Preventor Ratigan 212................................................ c) Preventor Hubber Hrcules..........................................

2.2.2 Estopero Preventor.................................................. a) Estopero Preventor Hrcules DPSB................................ b) Estopero Preventor Ratigan 176....................................

2.2.3 Grampa (Mordaza) para Varilla Pulida........................ 2.2.4 Vlvulas de Control....................................................

a) Vlvulas de Compuerta con Sello de Metal en Hule.. b) Vlvulas de Compuerta con Sello de Metal a Metal.. c) Vlvulas de Aguja.......................................................

2.2.5 Vlvulas de Retencin o Check................................. a) Vlvulas de Retencin de Pistn................................ b) Vlvulas de Retencin de Charnela...........................

Evaluacin......................................................................... 3 EQUIPO SUBSUPERFICIAL EN POZOS CON BOMBEO MECNIC0

3.1 Varilla Pulida.................................................................... 3.2 Sarta de Varillas................................................................. 3.3 Bomba Subsuperficial..........................................................

a) Bombas de Tubera de Produccin............................. b) Bombas de Insercin.................................................... c) Bombas de Tubera de Revestimiento........................

3.4 Parmetros para la Seleccin de la Bomba Subsuperficial de Insercin.........................................................................

3.5 Principios de Funcionamiento de una Bomba Subsuperficial de Insercin (Ciclo de Bombeo)...............

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3.6 Diseos Aplicados con Bombeo Mecnico.........................

3.6.1 Ancla Mecnica......................................................... 3.6.2 Empacador...............................................................

3.7 Accesorios Adicionales en la Bomba Subsuperficial para Optimizar su Operacin.......................................................

a) Vlvula Eliminadora de Candado de Gas.............. b) Tubo Barril............................................................... c) Separador de Gas de Fondo......................................... d) Filtros para Arena y Sedimento.....................................

Evaluacin......................................................................... 4 TIPOS DE UNIDADES DE BOMBEO MECNICO

4.1 Geometra de la Unidad de Bombeo Mecnico................ 4.2 Efectos de la Geometra en las Unidades de Bombeo

Mecnico......................................................................... 4.3 Unidad de Bombeo Mecnico Convencional................... 4.4 Unidad de Bombeo Mecnico Mark II............................... 4.5 Partes Principales de las Unidades de Bombeo Mecnico

Convencional y Mark II....................................................... 4.6 Unidad de Bombeo Mecnico Aerobalanceada................ 4.7 Partes Exclusivas de las Unidades de Bombeo Mecnico

Aerobalanceadas................................................................ 4.8 Unidad de Bombeo Hidroneumtica TIEBEN .................. 4.9 Partes Principales de la Unidad de Bombeo Mecnico

Hidroneumtica (TIEBEN)................................................... 4.10 Clasificacin API de Unidades de Bombeo Mecnico en

el Activo de Produccin Poza Rica.................................... 4.11 Nomenclatura de las Unidades de Bombeo Mecnico

Convencional, Mark II y Aerobalanceada....................... Evaluacin........................................................................

5 OPERACIN DE POZOS CON BOMBEO MECNICO

5.1 Recomendaciones de Seguridad................................. 5.1.1 Medidas Preventivas para Personal de Mantenimiento........

5.2 Lista de Herramientas que se Utilizan para la Operacin de un Pozo con Unidad de Bombeo Mecnico................

5.3 Induccin de un Pozo despus de su Intervencin............. a) Procedimiento para Induccin de un Pozo con

Unidad de Bombeo Mecnico...........................

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b) Induccin del Pozo...................................................... c) Anomalas Superficiales, Subsuperficiales y su

Correccin Durante la Induccin........................... d) Prevencin de Operacin de una Unidad de

Bombeo Mecnico.................................................. 5.4 Revisin de un Pozo con Unidad de Bombeo Mecnico

Operando normal.............................................................. a) Check List de Operacin de un Pozo con Unidad de

Bombeo Mecnico Operando en Condiciones Normales....

b) Anomalas Superficiales y Subsuperficiales, y su Correccin Durante su Operacin...........................

Evaluacin.........................................................................

6 EXPERIENCIAS DE CAMPO.......................................................... ANEXOS

a) Tabla de Equivalencias y Conversiones.................... b) Manmetros............................................................. c) Disposiciones Relevantes del Reglamento de

Seguridad e Higiene de Petrleos Mexicanos........... d) Propiedades y Riesgos de los Productos Qumicos de

Limpieza................................................................. e) Disposiciones Relevantes de la Ley General del

Equilibrio Ecolgico y la Proteccin al Ambiente.......

GLOSARIO....................................................................................... BIBLIOGRAFA.................................................................................

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7




OPERACIN DE

BOMBEO MECNICO I



OBJETIVOS

OBJETIVOS

1. Proporcionar al personal operativo un manual tcnico, sencillo y entendible, que le

permita capacitarse.

2. Lograr que el trabajador conozca a detalle todo el equipo que se utiliza en el

sistema artificial de Bombeo Mecnico, para as poder detectar con ms precisin

las anomalas.

3. Unificar criterios en el conocimiento del equipo, para que el trabajador no tenga

confusiones en su operacin.

4. Lograr que el trabajador, asimile en corto tiempo la operacin conjunta del equipo,

para as lograr una eficiencia en su operacin.

5. Que el trabajador tenga un manual de consulta, que aplicado a su trabajo diario

llegue a perfeccionar la operatividad del sistema y as lograr que la produccin de

un pozo, se mantenga o se incremente.

6. Lograr que el trabajador desarrolle sus actividades cuidando su seguridad y as

evitar daos a las instalaciones y al entorno ecolgico.

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INTRODUCCIN

1

INTRODUCCIN



INTRODUCCIN

La explotacin de un yacimiento a travs de un pozo petrolero, depende de: caractersticas fsicas de la roca almacenadora, caractersticas del fluido y de la energa propia del yacimiento. Conforme avanza la explotacin del yacimiento, la presin empieza a declinar hasta que la energa aportada por el yacimiento es insuficiente para elevar los fluidos a la superficie, es ah donde los Ingenieros Petroleros empiezan a aplicar los avances tecnolgicos para continuar explotando el yacimiento, tal como la recuperacin secundaria, para mantener la presin del mismo, y los sistemas artificiales de produccin para la extraccin del hidrocarburo. Los sistemas artificiales que existen y se conocen actualmente son: 1.- Bombeo Neumtico 2.- Bombeo Electrocentrfugo 3.- Bombeo Hidrulico 4.- Bombeo de Cavidad Progresiva 5.- Bombeo Mecnico Todos estos sistemas se han instalado en el Activo de Produccin Poza Rica y los que ms se han adaptado a las condiciones del yacimiento son: el Bombeo Neumtico y el Bombeo Mecnico. El Bombeo Neumtico contina siendo uno de los mejores, prueba de ello es que existen ms de 300 pozos con dicho sistema en zonas rurales. En el rea urbana existen varios pozos que se adaptan y operaran eficientemente con el sistema de Bombeo Neumtico, sin embargo por cuestiones de seguridad para la poblacin, se retiraron todos los gasoductos de alimentacin al Bombeo Neumtico por manejar presiones altas y se les instal el sistema de Bombeo Mecnico el cual ha funcionado eficientemente. Hasta la fecha ms de 200 pozos operan con dicho sistema. El sistema de Bombeo Mecnico, se define como un conjunto de equipo superficial representado por una unidad de Bombeo Mecnico y subsuperficial, representado por una bomba con sus accesorios que trabajando conjuntamente, se logra la extraccin del hidrocarburo a la superficie, el cual es instalado en el pozo para explotar la ltima etapa del yacimiento.

En este manual se describe el Bombeo Mecnico, su equipo superficial y subsuperficial, conexiones superficiales, accesorios de seguridad y control, tipos de unidades de bombeo mecnico y su geometra, la clasificacin A.P.I. con su nomenclatura, la unidad hidroneumtica (TIEBEN) y finalmente la operacin conjunta de todo lo mencionado para la induccin, operacin normal de un pozo con algunas posibles fallas y su correccin.

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EQUIPO SUPERFICIAL EN POZOS CON BOMBEO MECNICO

2

EQUIPO SUPERFICIAL

EN POZOS CON

BOMBEO MECNICO




2.1 CONEXIONES SUPERFICIALES

Las conexiones superficiales tienen la funcin de conducir los hidrocarburos producidos por el pozo, a la lnea de descarga del mismo, todas ellas deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/pg2 (ver fig.1).

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7

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Fig.1 Conexiones Superficiales

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1. Varilla Pulida de 1 .

2. Grampa para varilla pulida de 1 con uno, dos o tres tornillos dependiendo

de la profundidad del pozo. 3. Estopero Preventor Hubber - Hrcules o similar, con hules para varilla pulida de 1

y rosca inferior de 3 macho; o estopero Ratigan 176 para varilla pulida de 1 , rosca estndar de 3 .

4. Preventores Ratigan 212 con roscas de 3 hembra en un extremo y macho en el

otro, roscas v estndar o Preventor doble E LP-15 de 3 hembra en un extremo y macho en el otro, rosca v estndar.

5. Tee de 3 , de acero al carbn 3000 lbs/pg, rosca estndar.

6. Brida colgadora de 6 exterior, rosca macho superior de 3 . Rosca hembra

inferior de 2 7/8 hembra, roscas estndar. 7. Vlvula lateral de tubera de revestimiento de 2 3000 lbs/pg, bridada.

8. Vlvula de 2 , 1000 lbs/pg, rosca hembra en los extremos, estndar.

9. T de 2 1000 lbs/pg, rosca estndar.

10. Reduccin botella de 2 a , rosca estndar. 11. Vlvula de aguja de , 1000 lbs/pg, rosca estndar. 12. Vlvula check de 2 1000 lbs/pg, rosca estndar. 13. Codo de 2 , 1000 lbs/pg, rosca estndar.

14. Tuerca unin de 2 , 1000 lbs/pg, rosca estndar. 15. Vlvula de flote de 2 , 1000 lbs/pg, bridada o roscada 16. Reduccin botella de 3 x 2 , rosca estndar. 17. Niple de 2 para 2000 lbs/pg2 de trabajo, rosca estndar. 18. Niple de para 2000 lbs/pg de trabajo, rosca estndar.

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2.2 ACCESORIOS DE SEGURIDAD Y CONTROL

Son mecanismos que van instalados en el rbol de vlvulas de los pozos con bombeo mecnico y que van a auxiliar en caso necesario para impedir que el aceite producido a presin por el pozo, quede expuesto a la atmsfera. De esta manera se evita contaminar el medio ambiente y proporciona seguridad al personal operativo o de mantenimiento.

Los mecanismos de seguridad ms utilizados para arreglos superficiales en pozos con bombeo mecnico son los siguientes.

a) Preventores b) Estoperos

2.2.1 Preventores Son mecanismos de seguridad que han sido diseados, para impedir en caso necesario, el paso de fluidos al exterior. Slo se pueden accionar cuando la U.B.M no est operando, ya que en su interior tiene unos sellos de hule llamados Rams, que aprietan a la varilla pulida para sellar y evitar el paso del hidrocarburo. En el caso del preventor doble E LP-15, los Rams pueden sellar aun sin varilla pulida, ya que son para un rango de dimetros de 0 a 1. Los preventores son vitales para llevar acabo el cambio de hules (sellos) del estopero colocado en la parte ms alta del rbol, tambin son vitales para evitar la salida del hidrocarburo a la atmsfera, cuando por rotura de la sarta, la varilla pulida se vaya al fondo del pozo. Los rams son accionados mediante 2 vstagos, tornillos laterales impulsados por medio de movimientos alternados para abrir o cerrar, normalmente cuando la U.B.M. est operando deben permanecer abiertos.

Estn instalados en el rbol de vlvulas para bombeo mecnico, sobre la brida colgadora. Las marcas de preventores ms utilizadas en el Activo de Produccin Poza Rica son: doble E LP-15, Ratigan 212 y Hubber - Hrcules. a) Preventor Doble E LP-15

Est provisto en su interior de dos rams de hule vitn que impulsados mediante dos tornillos laterales le permiten sellar de 0 a 1 1/2" , que es el dimetro de la varilla pulida y su presin de trabajo es de 2000 lbs/pg (ver fig.2 y 2a).

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Plato gua

RAM

O-Rings

Tapa

Tornillo

Fig.2 Preventor Doble E LP-15

RAM

Plato gua

Fig.2a Preventor Doble E LP-15 22




b) Preventor Ratigan 212

Mecanismo de seguridad muy similar en su diseo al del preventor doble E

LP15, consta bsicamente de dos rams con la gua vulcanizada al ram de 5/8 a 1 1/2", dos vstagos tornillos, dos tapas y dos tuercas estopero (ver fig.3, 3a, 3b).

Fig.3 Preventor Ratigan 212

Fig.3a Preventor Ratigan 212 y Hules Sellos

Fig.3b Partes del Preventor Ratigan 212

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c) Preventor Hubber - Hrcules

Mecanismo de seguridad que va instalado en el rbol de vlvulas para pozos con sistema de bombeo mecnico, conectado por medio de un cople de 3 a la brida en el mismo rbol de vlvulas, consta bsicamente de 2 Rams con su gua vulcanizada para ensamblarlos a 2 vstagos tornillos laterales, su diseo es muy similar tanto al del preventor Doble E como al preventor Ratigan 212, la diferencia con el preventor Hubber - Hrcules es que las tapas laterales son de golpe (ver fig.4).

Fig.4 Preventor Hubber Hrcules 2.2.2 Estopero - Preventor

Mecanismo de seguridad que se localiza en la parte superior del rbol de vlvulas para bombeo mecnico, sobre la TEE de 3 y cuya funcin principal es la de contener los fluidos para que no se manifiesten a su exterior. En la actualidad se han diseado estoperos provistos adems de un mecanismo de preventor, para mejorar su funcin dentro de los mecanismos de seguridad en el rbol de bombeo mecnico. La funcin principal del estopero es sellar sobre la superficie de la varilla pulida por medio de los hules sellos construidos con elastmero resistente al rozamiento, el estopero a diferencia del preventor, es cambiar dichos hules sellos cada vez que sea necesario o que dichos hules sellos cada vez que sea necesario o que tenga el ajuste debido, para evitar la fuga de aceite que se presenta en la parte superior de ste, cuando la U.B.M. est operando. En la operacin de cambiar los sellos, se suspende la operacin de la unidad y se cierran los Rams del preventor, para poder trabajar con facilidad en el estopero.

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a) Estopero Preventor Hrcules DPSB

Es un mecanismo de seguridad que consta bsicamente de tres secciones, en las cuales van distribuidos una serie de sellos cnicos, los cuales se van ajustar por medio de un conjunto de tornillos alternadamente, con la finalidad de impedir el paso de fluidos al exterior, permitiendo libremente el desplazamiento de la varilla pulida (ver fig.5 y 5a).

Tornillos del preventor

Sellos del preventor

Conos selladores del estopero

Estopero Preventor

Fig.5 Estopero Preventor Hrcules DPSB

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A Cubierta de lubr icador

B Torni l los de la cubierta de lubr icador

C Ani l lo cnico seccionado (1)

D Cuerpo de lubr icador super ior

E Torni l los de 5/8 x 5 longitud

F Cuerpo infer ior

G Torni l los de 5/8 x 4 longitud

H Juego de ani l los cnicos seccionados (4)

I Torni l lo radia l

J Cuerpo

K Torni l los del cuerpo

L Ani l los de compresin

M Juegos de ani l los cnicos seccionados (2)

N Ani l lo o

O Base

Fig.5a Partes del Estopero Preventor Hrcules DPSB

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b) Estopero Preventor Ratigan 176

Mecanismo de seguridad que va instalado en la parte superior de la TEE 3 del rbol de vlvulas, para pozos con sistema de bombeo mecnico y que al igual que el estopero preventor hrcules DPSB, su funcin primordial es la de contener los fluidos en el desplazamiento de la varilla pulida, en su movimiento ascendente o descendente; consta bsicamente en su interior de un conjunto de 2 hules separados por medio de un espaciador de bronce, que van a sellar a la superficie de la varilla pulida para impedir la manifestacin de dichos fluidos al exterior, dichos hules se van ajustando peridicamente y al ya no presentarse ajuste alguno, es conveniente la sustitucin de los mismos.

Est provisto de un sistema de preventor en su parte inferior, que va a operar

mediante dos tornillos laterales, los cuales van a obligar a sellar a un hule en el dimetro de la varilla pulida (ver fig. 6, 6a y 6b).

Fig.6 Estopero Preventor Ratigan 176

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Fig.6a Estopero Preventor Ratigan 176 y Hules Sellos

Fig.6b Partes del Estopero Preventor Ratigan 176

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2.2.3 Grampa (mordaza) Para Varilla Pulida

Este dispositivo sirve para conectar el block colgador a la vari l la pulida, estas grampas pueden ser de uno, dos o tres tornil los, incrementndose, por supuesto la seguridad, con el aumento del nmero de los mismos. Por razones econmicas, sin embargo, es recomendable el uso de un solo tornil lo para pozos someros y conforme aumenta la profundidad es preferible la uti l izacin de grampas con mayor nmero (ver f ig. 7).

Acero forjado y tratado

trmicamente Probada a 55000 lb.

Mxima carga recomendada 25000 lb

Acero forjado y tratado trmicamente

Probada a 75000 lb. Mxima carga

recomendada 40000 lb

Acero forjado y tratado trmicamente

Probada a 35000 lb. Mxima carga recomendada

25000 lb

Fig.7 Grampa Jhonson-FAGG

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2.2.4 Vlvulas de Control

Son mecanismos que se utilizan para controlar los flujos de lquidos o gases. En

el caso de las conexiones superficiales todas son de 2 , sin embargo las vlvulas laterales del rbol son para 3000 lbs/pg bridadas, mientras que la de flote y de las conexiones superficiales son de 1000 2000 lbs/pg, normalmente roscadas.

Las que ms se emplean comprenden dos grandes grupos con sus diferentes

modelos:

a) Vlvulas de Compuerta con Sello de Metal en Hule

Dentro de este tipo de vlvulas las de mayor uso son las Cameron flex-seal, estn en dos secciones metlicas que al unirlas forman el cuerpo de la vlvula, en su interior cuentan con una serie de partes que son las que se encargan de efectuar el sello. Estas vlvulas sin embargo no se utilizan en los pozos de bombeo mecnico.

b) Vlvulas de Compuertas con Sello de Metal con Metal

Las vlvulas de compuerta de sello metal con metal ms utilizadas para el control de flujo de gas, aceite y otros fluidos son:

a) Vlvulas Cameron: Las vlvulas Cameron que ms se utilizan en el Activo de Produccin son las del tipo F (Ver fig. 8a y 8b). Esta vlvula est construida con doble asiento, de vstago no desplazable, lubricada y de conducto sin restricciones. Sus caractersticas y funciones principales son:

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Fig.8a Vlvula Cameron Tipo F

1. Asientos de rotacin positiva: Esta caracterstica le permite a la vlvula ser ms confiable cuando se utiliza para operaciones de control de flujos, ya que al cerrar, los fuertes gatillos con los que cuenta en su parte interna, engranan con los dientes situados en el dimetro exterior de los anillos de asientos, haciendo girar stos una fraccin de vuelta, por lo que en cada operacin de la vlvula, se remueve el aceite sobre dichos anillos, distribuyendo el soporte uniformemente en el mismo, mejorando su confiabilidad y aumentando su vida til.

2. Ensamble de compuerta y asiento: Estn diseadas de tal manera que pueden

ser reemplazadas con relativa facilidad y rapidez.

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3. Compuerta slida: Esta caracterstica ayuda a evitar que entren sedimentos de

la lnea, a la cavidad interna del cuerpo, as como tambin disminuye la posibilidad de que sta se atore por presin atrapada, cuando la presin arriba de sta se purga.

4. Rodamientos de empuje: En la parte superior cuenta con dos rodamientos de

empuje de agujas de alta capacidad de carga, que absorbe las cargas cuando la compuerta se abre o cierra reduciendo el esfuerzo torsional a un mnimo.

5. Prensaestopa: El empaque del vstago es confinado a la caja de

empaquetadura por un prensaestopa, esto indica que la cachucha de los rodamientos puede ser removida con seguridad aunque haya presin en la vlvula, si fuera necesario cambiar los rodamientos o reemplazar el perno del vstago cuando ste se ha cortado.

6. Contra asiento: El vstago de la vlvula cuenta con un hombro que asienta

contra la parte superior interna de la brida del bonete, el cual sella la caja de la empaquetadura, permitiendo cambiar el empaque del vstago an estando la vlvula bajo presin.

7. Perno cortable del vstago: Esta es una de las ventajas que proporciona este

tipo de vlvula, ya que este perno del vstago del adaptador est construido de tales dimensiones, que si al cerrar o abrir la vlvula, inadvertidamente se llegar a aplicar una alta sobrecarga torsional al volante, el perno se rompe antes de que se rompa el vstago u otras partes internas de la vlvula.

8. Orificio para inyeccin de grasa (grasera): Este orificio est colocado en la

brida del bonete y est equipado por una vlvula de inyeccin de alta presin, que tiene una bola retn para confinar la presin del cuerpo.

9. Cuerpo: El cuerpo del bonete y la vlvula estn construidos de acero de

aleacin que satisface o excede los requerimientos de las normas API 6A.

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1 Ensamble del volante

2 Cachucha de los rodamientos

3 Vlvula de inyeccin de grasa a los rodamientos

4 Pista de rodamientos

5 Rodamientos

6 Aro-sel lo O

7 Adaptador de vstago

8 Prensaestopa

9 Empaque del vstago

10 Tuercas del bonete

11 Bir los del bonete

12 Bonete

13 Vlvulas de retencin

14 Vlvulas de inyeccin de grasa al cuerpo

15 Ani l lo de sel lo del bonete

16 Perno cortable del vstago al adaptador

17 Vstago

18 Ensamble de compuerta y as iento

19 Perno local izador

20 Cuerpo

21 Placa de ident i f icacin

Fig.8b Partes de la Vlvula Cameron Tipo F

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b) Vlvulas de compuerta EPN-GRAY: Otro tipo de vlvulas de sello metal con metal, es el de compuerta EPN-GRAY (ver fig. 9), las cuales permiten el sello en ambas partes de la compuerta controlando efectivamente el flujo de los fluidos, sin que el vstago se desplace. Los modelos ms utilizados; son C y D, estos modelos estn diseados para asegurar confiabilidad y larga vida, aun bajo condiciones severas de presin y corrosin; la diferencia entre una y otra, es la aleacin del material con el cual se construye. Soportan presiones de trabajo de 140 Kg/cm a 1055 kg/cm. Sus caractersticas y funciones principales son:

1. El ensamblaje del bonete grayloc est diseado para proporcionar una baja torsin

de operacin. 2. Los cojinetes se encuentran aislados de las presiones de trabajo que actan sobre

la empaquetadura del vstago, transmitiendo la carga a la tuerca porta baleros a travs de la prensa empaque o prensaestopa.

3. Los ensamblajes de empaquetadura son de tipo anillo. Estn diseados para

soportar altas temperaturas, presiones extremas y corrosin. 4. La empaquetadura se acciona por medio de la presin del fluido manejado, el

sellado se puede complementar por medio de una inyeccin de sellador plstico, a travs de los orificios provistos en el bonete.

5. La vlvula cuenta con un vstago no ascendente, que abre o cierra la compuerta. 6. Tiene en la parte superior un asiento que proporciona un sello de metal con metal,

en caso de que la empaquetadura del vstago fallara. 7. La funcin del asiento es guiar la trayectoria del vstago, proporcionando al

mismo tiempo un sello hermtico y protegiendo los empaques del mismo. 8. El control del movimiento de la compuerta lo efecta la placa de torsin;

distribuyendo la carga torsional, eliminando as, fallos del vstago.

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ORIFICIOS DE LUBRICACIN Son llamados tambin graseras, se encuentran localizados en el cuerpo de la

vlvula y en el bonete, tienen dos funciones: Son el medio para inyectar sellador plstico, en las superficies de sellado

delanteras y posteriores de los asientos y en la empaquetadura del vstago, cuando existen fugas.

A travs de ellos se puede efectuar un lavado en la cavidad entera del cuerpo y remover los sedimentos acumulados.

ENSAMBLE DE LA COMPUERTA Y EL ASIENTO

La cavidad del cuerpo se mantiene limpia por medio de caractersticas mutuas de ensamblaje, de la compuerta y el asiento.

Las compuertas seccionadas en forma paralela proporcionan superficies separadas de sello, lo que hace a la vlvula bidireccional.

El sellado inicial se efecta por medio de la accin expansora tipo cua, que acciona mecnicamente las grampas inclinadas del expansor segmento.

Todos los asientos tienen un dispositivo para expulsar el sedimento, que trabaja en conjunto con los segmentos de compuerta que estn dotados con resortes, para proporcionar una accin continua de limpieza de carrera completa; esta accin de limpieza se complementa con el anillo que acta de barrera a los sedimentos.

SELLO DEL CONDUCTO

La cara del asiento tiene un anillo de tefln que divide la superficie de ste en dos pedestales, para asegurar un sello inicial de baja presin.

El sello de metal a metal se consigue con el contacto interior del pedestal y la

compuerta. La distribucin de las cargas sobre las reas combinadas de las dos bases, se proporciona con el sello tefln cuando la vlvula se encuentra en mxima presin. Esto evita el dao de la superficie de la compuerta en la posicin de cerrado y reduce la fuerza de friccin cuando la compuerta se opera para abrir.

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1 Tuerca

2 Volante

3 Sel lo

4 Placa de Tors in

5 Buje actuador

6 Compuerta

7 Inserto

8 Asiento

9 Inserto

10 Bir lo

11 Cuerpo

12 Grasera

13 Ani l lo l impiador

14 Cubierta

15 Grasera

16 Rodamiento

17 Vstago

18 Rodamiento

19 Empaque

20 Soporte

21 Empaque

22 Torni l lo Al len

23 Inyector

Fig.9 Vlvula de Compuerta EPN-Gray Tipos C y D

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c) Vlvulas FIP: Estas vlvulas se dividen en dos tipos la FL (ver figura 10) y la

FM (ver figura 11) y difieren solamente en el tipo de bonete y la forma del cuerpo. La FL utiliza el bonete con tapa roscable al cuerpo, en cambio la FM usa el bonete atornillado al cuerpo por medio de 8 esprragos de acero cadminizados.

Estn diseadas para soportar rangos de presin de trabajo desde 140, 211 y

352 kg/cm2. Sus caractersticas y funciones principales son las siguientes:

Estn construidas con un cuerpo resistente a la corrosin y abrasin, ste tiene en su parte superior e inferior dos orificios de cuerda estndar, que sirven para conectar dos graseras, las cuales se utilizan para engrasar o purgar el cuerpo.

En su interior consta de un vstago no desplazable, construido de acero y

revestido con bisulfato de molibdeno, que acta como lubricante seco e inhibidor de corrosin, este vstago opera al cerrar y abrir la vlvula accionando la compuerta.

La compuerta se compone de dos piezas, la cual emplea una accin de doble

acuamiento para obtener una expansin paralela de los segmentos de la misma, esto proporciona un sello mecnico de metal a metal completamente hermtico, que no es afectado por las pulsaciones o vibraciones de la tubera.

Para que el sello sea ms efectivo, la vlvula deber abrirse o cerrarse

completamente a fin de acuar la compuerta y el segmento de sta contra los asientos.

En este tipo de vlvulas, se recomienda no regresar el volante cuando haya

llegado a su tope al dar la ultima vuelta, ya sea al abrir o cerrar la vlvula. Este mtodo de operacin evitar que la superficie de los sellos de la compuerta y los asientos se daen, prolongando as, la duracin de la vlvula.

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1 Tuerca del volante 2 Volante 3 Candado retn 4 Tuerca retn 5 Baleros 6 Roldana de los baleros 7 Vstago 8 Tapa del bonete 9 Roldana de los baleros

10 Baleros 11 Espaciador 12 Retn de empaque 13 Retn super ior de empaque 14 Ani l lo O de empaque 15 Empaque plst ico 16 Ani l lo O infer ior de empaque 17 Retn infer ior de empaque 18 Tapn de empaque 19 Asiento y gua 20 Compuerta 21 Torni l los de la compuerta 22 Candado de la compuerta 23 Graseras del cuerpo 24 Tapas de las graseras 25 Placa de ident i f icacin 26 Torni l los de la placa 27 Ani l lo de sel lo del bonete 28 Grasera alemite 29 Bonete 30 Al imentador de empaque 31 Segmento 32 Torni l los de segmento 33 Cuerpo de la vlvula

Fig.10 Vlvula Fip Tipo FL

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1 Tuerca del volante 2 Candado retn 3 Tuerca retn 4 Baleros 5 Espaciador 6 Juego de empaque 7 Empaque plst ico 8 Al imentador de empaque 9 Grasera del volante

10 Candado 11 Segmento 12 Retn del candado 13 Volante 14 Vstago 15 Retn del empaque 16 Tuerca del b ir lo del bonete 17 Bir lo del bonete 18 Bonete 19 Ani l lo del bonete 20 Compuerta 21 Gua de la compuerta 22 Asiento 23 Inserto del as iento 24 Cuerpo 25 Grasera del cuerpo

Fig.11 Vlvula Fip Tipo FM

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42




c) Vlvulas de Aguja Una vlvula de aguja de , que est instalada en las conexiones superficiales, se uti l iza para la toma de presiones y muestras. Se incluyen en este tema, por que a travs de dicha vlvula se depresionan las conexiones superficiales, cuando stas se seccionan para efectuar alguna reparacin.

Existen de distintos rangos, los ms usuales son 3000, 5000 y hasta 10000 lbs/pg, que pueden ser con conexin hembra (ver fig.12a) en sus extremos y conexin macho (ver f ig.12b) en la entrada.

Fig.12a Vlvula de Aguja de con Conexin Hembra en los

Extremos

Fig.12b Vlvula de Aguja con Conexin Macho en la

Entrada

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2.2.5 Vlvulas de Retencin o Check El objeto principal de este modelo de vlvulas, comnmente conocido como check, es el de permitir el paso de un flujo por una l nea solamente en una sola direccin, impidiendo as el regreso del f luido cuando se presenten contrapresiones. Los tipos de vlvulas de retencin son:

De pistn De charnela

a) Vlvulas de Retencin de Pistn Son diseadas bsicamente con los cuerpos de las vlvulas de globo, por lo tanto producen una alta cada de presin de la l nea. Este diseo, proporciona un cierre ms hermtico que cualquier otro tipo de vlvula de retencin, as como una rpida adaptabil idad al cierre. El empaque del cuerpo y la tapa estn diseados en forma de espiral, para dar un sello posit ivo y el iminar los esfuerzos en la brida, asiento roscado renovable, pistn renovable con una dureza de 500 brinell, proporcionando una excelente resistencia a la fatiga, a la corrosin y a la erosin (ver f ig.13).

Fig.13 Vlvula de Retencin de Pistn

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b) Vlvulas de Retencin de Charnela Las vlvulas de retencin de charnela son fabricadas en acero fundido, tienen una rea mxima de trabajo permitiendo un paso completo y total de flujo. Constan esencialmente en su interior, de un disco que oscila permitiendo el paso total del f lujo, esto hace que la turbulencia se reduzca y que la fuerza de cada de presin sea mnima. Las partes que componen el montaje del disco estn sostenidas por dos abrazaderas que se encuentran en el interior del cuerpo de la vlvula, debido a la precisin de su ajuste, esta construccin permite tolerancia mnima entre las superficies de mayor desgaste, asegurando as mayor duracin en las partes del movimiento. Para revisar o separar las partes del disco o charnela basta con retirar los tornil los que afianzan las partes al cuerpo (ver fig.14).

Fig.14 Vlvula de Retencin de Charnela

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EVALUACIN

Instrucciones: Subraye la respuesta correcta. 1.- Las conexiones superficiales tienen la funcin de:

a) Operar conjuntamente para la induccin de un pozo. b) Conducir los hidrocarburos producidos por el pozo y la l nea de

descarga. c) Auxil iar para impedir que el aceite producido por el pozo, quede

expuesto a la atmsfera. 2.- Los accesorios de seguridad y control son:

a) Preventores, estoperos y vlvulas. b) Vlvulas y grampas. c) Estoperos y grampas.

3.- Un estopero-preventor es:

a) Un mecanismo para arreglo subsuperficial. b) Un mecanismo que impide el paso de fluidos al exterior. c) Un mecanismo de seguridad para pozos con Bombeo Neumtico.

4.- Un preventor es:

a) Un mecanismo de seguridad diseado para impedir el paso de fluidos al exterior.

b) Un mecanismo para abrir o cerrar el pozo. c) Un mecanismo para cerrar los hules del estopero.

Instrucciones: Conteste brevemente las preguntas siguientes: 5.- Qu funcin tiene una grampa o mordaza? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 6.- Qu son las vlvulas de control? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 7.- Qu funcin tienen las vlvulas de aguja de en las conexiones

superficiales? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

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8.- Qu son las vlvulas de retencin o Check? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Instrucciones: Escriba en el espacio vaco la palabra que falta: 1. La grampa o mordaza sirve para conectar el ___________ colgador a la

_______________ ______________. Las grampas pueden ser de ______________, ______________ o _______________tornil los.

2. Las vlvulas de control son mecanismos que se uti l izan para

_______________ los ______________ de ______________ o _______________.

3. Una vlvula de aguja de instalada en las conexiones superficiales, se

usa para la ______________ de ______________ y ______________. 4. La vlvula de retencin tambin conocida como vlvula _________________

tiene como funcin el de ___________________ el paso de un ______________ por una l nea solamente en una sola ______________ impidiendo as el regreso del f luido cuando se presenten contrapresiones.

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EQUIPO SUBSUPERFICIAL EN POZOS CON BOMBEO MECNICO

3

EQUIPO SUBSUPERFICIAL

EN POZOS CON BOMBEO

MECNICO




3.1 VARILLA PULIDA

Es la unin directa entre la sarta de varillas de succin y el equipo superficial, pasa a travs del estopero y el dimetro utilizado en el Activo de Produccin Poza Rica es de 1 y est fabricada en acero aleado manganeso, nquel y molibdeno, superficialmente terminada en acabado espejo, con el propsito que no dae los sellos del estopero (ver fig.15).

Fig.15 Varil la Pulida 3.2 SARTA DE VARILLAS

La funcin de la sarta de varillas de succin es transmitir el movimiento de bombeo superficial y la potencia, a la bomba subsuperficial. Su diseo consiste esencialmente en determinar la sarta ms ligera y por lo tanto, la ms econmica, que pueda utilizarse sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas.

El mximo esfuerzo de trabajo para las varillas depende de su composicin

qumica y propiedades mecnicas, adems de la naturaleza de fluido bombeado, es decir, si ste es o no corrosivo. Como regla general es deseable mantener el esfuerzo de las varillas por debajo de las 30 000 lbs de peso, sin embargo, la experiencia en diferentes reas productoras puede indicar lmites ms bajos.

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Cuando las bombas estn colocadas a profundidades mayores de 1000 metros,

generalmente es deseable usar sartas telescopiadas, es decir, en diferentes dimetros de varillas. Las varillas de dimetro ms pequeo se colocan en el fondo de la sarta, inmediatamente arriba del mbolo, ya que la carga en las varillas es menor en ese punto. A menores profundidades donde la carga en varillas es ms grande se usan mayores dimetros. Este arreglo resulta con un peso ms pequea en el equipo superficial que el que se obtendra con una sarta de un solo dimetro, y representa un ahorro en el costo de las varillas de succin. Se utilizan 3 medidas (ver fig.16):

su peso es de 1.63 lbs por pie 7/8 su peso es de 2.16 lbs por pie 1 su peso es de 2.85 lbs por pie

Todas las varillas miden 25 pies de longitud.

Acoplamiento de varilla de bombeo

Varillas de bombeo API

Fig.16 Vari l la de Succin y Cople

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3.3 BOMBA SUBSUPERFICIAL

Sus funciones son admitir fluido de la formacin al interior de sta y elevar el fluido admitido hasta la superficie. Y sus tipos son los siguientes: a) Bombas de Tubera de Produccin.

Las bombas de tubera de produccin, por ser de un dimetro mayor, pueden manejar volmenes mayores de lquidos que las bombas de insercin, sin embargo, la carga del fluido sobre la unidad de bombeo es mayor.

Las desventajas de estas bombas estriban en que el barril forma parte de la

misma tubera de produccin, para efectuar alguna reparacin o reposicin de partes, es necesario extraer la tubera de produccin completa, lo que significa una operacin ms complicada, y por consiguiente ms costosa.

Un factor importante que debe tomarse en cuenta es la elongacin de las varillas

por la carga de fluidos, lo que se traduce en una disminucin en la carrera efectiva del mbolo, siendo ms crtica a medida que aumenta la profundidad del pozo.

Las bombas de tubera de produccin operan mejor en pozos que tienen alto nivel

de fluidos y en donde la verticalidad del mismo haya sido comprobada.

b) Bombas de Insercin.

Se le denomina bomba de insercin, porque el conjunto total de la bomba (barril, mbolo con vlvula viajera, vlvula de pie y nariz de anclaje, ver fig.18) que va conectado en el extremo inferior de la sarta de varillas, se inserta en un niple de asiento (zapata candado) instalado en la tubera de produccin. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubera de produccin, ya que para hacer una reparacin o sustitucin de la bomba, no es necesario extraer la tubera de produccin. La bomba de insercin se desancla y se extrae con la sarta de varillas (ver fig.17). c) Bombas de Tubera de Revestimiento.

Este tipo de bombas son slo una versin ms grande de las bombas de tubera. Dentro de estos tres tipos de bombas, la ms usual en el Activo de Produccin

Poza Rica, es la bomba de insercin que a continuacin profundizamos en su descripcin y funcionamiento.

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CAMISA DE LA BOMBA

SELLO BABBIT

EXTENSIN INFERIOR

EXTENSIN SUPERIOR

COPAS O SELLOS

VARILLA DE SUCCIN

CANDADO CONECTOR

VLVULA GUA DE LA VARILLA DEL MBOLO

MANDRIL DE COPAS

MBOLO O PISTN

VLVULA VIAJERA

VLVULA DE PIE

NARIZ DE ANCLAJE

Fig.17 Bomba Subsuperficial de Insercin

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Bola y asiento de Vlvula de pie y vlvula

viajera

Pistn

Nariz de anclaje Zapata candado Mandril de copas Niple sello

Camisa

Fig.18 Partes de Bomba Subsuperficial de Insercin de Bombeo Mecnico

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3.4 PARMETROS PARA LA SELECCIN DE LA BOMBA

SUBSUPERFICIAL DE INSERCIN Para seleccionar la bomba, debemos considerar:

- 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

Profundidad. A profundidades menores de 1500 metros, se recomienda el anclaje inferior y preferiblemente con sellos en la parte superior. Tipo de Crudo.

a) Viscosidad.- Cuanto mayor es la viscosidad, las tolerancias en mbolo y camisa de la bomba, deben ser menos ajustadas y utilizar vlvulas de pie de mayor tamao.

b) Arena.- Es recomendable utilizar mbolos largos (60, 72) y el uso de las

bolas y asientos de Carburo de Tungsteno en las vlvulas tanto de pie como viajera, y alojar la bomba lo ms arriba posible de las perforaciones.

c) Gas.- Tratar de que la vlvula viajera y la vlvula de pie se encuentren lo

ms cerca posible entre s durante el fin de la carrera descendente, para comprimir el gas en un rea ms pequea.

Utilizar una vlvula de pie lo ms grande posible para permitir mayor entrada de crudo a la bomba. Elegir una velocidad de bombeo baja y mayor carrera, proporciona al aceite un mayor tiempo para su enfriamiento durante la compresin, reduciendo as el escape de gas en solucin. Temperatura. A mayor temperatura la viscosidad se reduce; este factor es importante para considerar la tolerancia entre el mbolo y la camisa de la bomba. El gas en el fondo de los pozos puede liberarse bajo las siguientes condiciones: presin de fondo baja, turbulencia y temperatura.

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Fluidos Corrosivos. De los diferentes tipos a los que est expuesto el mecanismo tenemos: agua salada, sulfuro de hidrgeno, salmuera, carbonato de calcio y sulfhdricos. Normalmente para este tipo de fluidos es conveniente utilizar bolas y asientos (de las vlvulas viajeras y de pie) de carburo de tungsteno. MATERIALES Bolas y Asientos. Los ms utilizados en el Activo de Produccin Poza Rica son los siguientes: acero inoxidable, carburo de tungsteno y titanio. Acero inoxidable.- Este tipo de material no es recomendable en el Activo de Produccin Poza Rica, por las diferentes aportaciones de los yacimientos; arenas y sedimentos, que desgastan el dimetro de la bola de las vlvulas viajeras y de pie, provocando que sta se incruste en el asiento originando pase en las vlvulas. Carburo de Tungsteno.- Este tipo de material es el que se recomienda para yacimientos con aportaciones de arenas, etc. Titanio.- Este tipo de material es el que est sustituyendo al carburo de tungsteno, por ser ms ligero y de mucha dureza. Camisa del mbolo. Normalmente son fabricadas en materiales como; acero regular, acero cementado, acero con dimetro interior de cromo y bronce, aunque tambin se fabrican con materiales especiales, como revestimiento de carburo de silicio y nquel, el cual es extremadamente resistente al desgaste y la corrosin. mbolos. Los tamaos normales tienen las medidas de 1, 1, 1, 2 y 2 y longitudes normales de 2 a 6 pies. Provistos de un recubrimiento de cromo, con una superficie cementada y de alta calidad. Aunque tambin los hay con un material de revestimiento de metal duro de Nquel pulverizado en un estado derretido, el cual es ms resistente a la abrasin y la corrosin.

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3.5 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA

SUBSUPERFICIAL DE INSERCIN (CICLO DE BOMBEO)

En trminos generales es como sigue: 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. Al descender el mbolo, se abre la vlvula viajera y da paso al aceite de la camisa de la bomba hacia arriba, llenando el interior del mbolo, y cerrando la vlvula de pie que impide que se regrese el aceite al pozo. El mbolo es accionado desde la superficie por una Unidad de Bombeo Mecnico (U.B.M.), por medio de la varilla pulida y las varillas de succin, de manera que al levantar el mbolo, desaloja hacia la superficie un volumen de aceite igual al contenido en la camisa de la bomba, cuyo volumen va a ser igual, al producto del rea de la seccin transversal interior de la camisa, por la carrera del pistn, aproximadamente, ya que siempre se tiene alguna presencia de volumen de gas en el fluido procedente del yacimiento. El nmero de emboladas por minuto, depender de los clculos que se hagan de las condiciones del pozo, tanto en capacidad de produccin como profundidad del mismo, ya que unas veces estar limitada esa velocidad por falta de aceite y otras por la profundidad del pozo. CICLO DEL COMPORTAMIENTO IDEAL DE BOMBEO (fig 19) 1. En el Punto A, la vlvula viajera cierra y se inicia la carrera ascendente del pistn. 2. Del punto A al punto B, la carga de fluido es transferida de la tubera de T.P., a la

sarta de varillas de succin. 3. En el punto B, la vlvula estacionaria abre y permite la entrada de fluidos del

pozo, a la cmara de compresin de la bomba. 4. De B a C, la carga de fluido es elevada por el mbolo, al mismo tiempo que se

est llenando la cmara de compresin. 5. En el punto D, se inicia la carrera descendente y cierra la vlvula estacionaria, la

vlvula viajera permanece cerrada.

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6. En el punto E, abre la vlvula viajera y la carga es transferida de la sarta de

varillas a la tubera de produccin. 7. Del punto E al F, se desplaza el fluido de la cmara de compresin a la T.P. 8. Se repite el ciclo.

Fig.19 Ciclo Ideal de Bombeo 3.6 DISEOS APLICADOS CON BOMBEO MECNICO

En el sistema artificial de bombeo mecnico, se utilizan dos diseos: uno con

ancla mecnica y otro con empacador, teniendo como base para la seleccin del mismo, las caractersticas de los pozos que se vayan a intervenir, para su mantenimiento o correccin de anomalas.

3.6.1 Ancla Mecnica Es un mecanismo que va alojado a determinada profundidad del pozo en la

sarta de tubera de produccin, ligeramente debajo de la bomba e impide el movimiento de T.P. durante el ciclo de bombeo, aumentando as la eficiencia de la bomba y disminuyendo el desgaste de la varilla, de la tubera de produccin y la de revestimiento.

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a) Tipos:

1. A compresin: Este tipo de ancla es de ms fci l recuperacin y aumenta el pandeo de la tubera.

2. Tensin: Este tipo de ancla es lo mejor para prevenir el movimiento de la

tubera, incrementando la eficiencia de bombeo y reduciendo el desgaste de todo el equipo. El rea de pasaje de gas debe ser suficiente para permitir que el gas l ibre suba sin restricciones hacia la superficie y no produzca problemas de bombeo.

VENTAJAS DE LAS ANCLAS

a) Cargas: Las cargas mximas en el vstago pulido son menores cuando

se usa ancla de tubera. Esto se produce principalmente por el fenmeno de pandeo. El pandeo ocurre durante la carrera ascendente cuando la vlvula viajera esta abierta y se cierra la estacionaria. En esta posicin el mbolo acta como un pistn en relacin dentro de la tubera. El peso del f luido entonces produce mayor presin adentro que afuera de la tubera y por lo que se produce el pandeo cuando hay insuficiente tensin en la tubera. Este efecto incrementa el esfuerzo y carga en las vari l las y la tubera.

b) Recorrido del mbolo: Las diferencias de carga son producidas por la accin

de bombeo. Durante la carrera ascendente el peso del fluido est sostenido por las varillas y durante la carrera descendente la vlvula viajera abre para que el peso del fluido se transfiera de las varillas a la tubera. La tubera entonces se alarga en proporcin al peso del fluido y como la transferencia de fluido se efecta durante la carrera descendente, el movimiento de la tubera se correlaciona a la carrera de la bomba. Usando el ancla se evita este problema.

Esta es una de las ventajas principales del ancla de tubera porque al no disminuir la carrera efectiva de la bomba se logra mayor produccin.

c) Evita el desgaste de la tubera y de las varillas, que se producen por el roce,

especialmente en las uniones. La tubera que se encuentra en algn pozo por algn tiempo sin ancla, se nota que sufre desgaste en la unin, debido al roce contra la tubera, la cual tambin produce perdida de fluido y fallas por las uniones.

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DESVENTAJAS a) El uso de anclas tiene la desventaja de que se usa ms equipo dentro del

pozo, por lo consiguiente; mayor peligro de pescas por falla de esta herramienta.

b) El uso de anclas puede aumentar los problemas debido a corrosin o

incrustaciones.

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Tornillo

Tornillos

Flejes

Conector

Camisa del cono roscado Pernos de Corte

Pernos Gua

Cono Inferior

Jaula

Cuas

Cono Superior Tuerca Candado Seccionada

Tapa Roscada Tapn Distribuidor

Mandril

Cople

Fig. 20 Ancla Mecnica Baker

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El bombeo mecnico se instala en pozos que todava mantienen presin de

fondo y dicha presin evita que en algunas ocasiones el fluido que se utiliza para el lavado de la bomba (diesel), se pierda en la formacin. Su diseo consta bsicamente de:

1. Varillas de succin. 2. Bomba subsuperficial. 3. Ancla mecnica.

3.6.2 Empacador El empacador es un dispositivo, el cual va a bloquear el paso de fluidos al

espacio anular o del espacio anular a la tubera de produccin.

La caracterstica es que asla la tubera de produccin, de la de revestimiento incrementando la eficiencia de flujo, elimina presin a la tubera de revestimiento arriba del empacador, manteniendo por consiguiente control absoluto de ste, los fluidos corrosivos, arena, etc., fluyen nicamente por la tubera de produccin, lo que mantiene en buenas condiciones la tubera de revestimiento; a la vez da ventajas considerables, ya que asla los intervalos productores, se pueden producir independientemente 2 ms en un mismo pozo: es posible programar la produccin a fin de conservar el rgimen de produccin al mximo.

Los diseos en pozos con aparejo de bombeo mecnico con empacador, se

utilizan para aislar una probable rotura en T.R. y en pozos con formacin depresionada para poder garantizar una circulacin inversa en el lavado de la bomba subsuperficial. Consta bsicamente de:

a) Varillas de succin b) Bomba subsuperficial c) Niple ventana d) Niple ventana con tapn ciego e) Zapata conectora f) Empacador semipermanente g) Niple de asiento con vlvula de pie

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B Trico 2 1/2 X 1 3/4 X 22

Varilla de succin

Zona de Disparos

N.A C/VEMP. 415-01

EMP. SEMIPERM.

Z. Conectora

C.T. CiegoNiple ventana

Zapata candadoNiple ventana

N. de Sellos 2 7/8

TP 2 7/8

TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie

Varilla de succin

Zona de Disparos

B L N C

TR 6 5/8 N.8024-28 lbs/pie

Bomba H.F. 2 1/2 X1 3/4 X 24

A MEC

Z. CAND.

N S

TP 2 7/8 8hrr

TR 9 5/8 N-80 40 lbs/pie

Fig.21 Ancla Mecnica - Empacador

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3.7 ACCESORIOS ADICIONALES EN LA BOMBA SUBSUPERFICIAL

PARA OPTIMIZAR SU OPERACIN Son utilizados para auxiliar al sistema de bombeo mecnico en el desarrollo

normal de su funcionamiento, para tratar de que ste opere a su capacidad total. Los accesorios ms utilizados en el sistema artificial de bombeo mecnico en el

Activo de Produccin Poza Rica, son los siguientes: a) Vlvula Eliminadora de Candado de Gas

ste es un accesorio que va instalado en el extremo superior de la bomba subsuperficial y cuya finalidad principal es la de eliminar los candados de gas y tratar de prevenir que el fluido golpee en la parte superior e inferior de la carrera (ver fig.22).

En el principio de la carrera descendente, el sello de precisin metal a metal

(Pistn), cierra y mantiene el peso hidrosttico de la carga del fluido, sin presionar sobre la vlvula viajera, causando que la misma abra inmediatamente. Esta accin previene que el fluido depositado golpee en la carrera descendente y tambin elimina el candado de gas al terminar la carrera descendente.

El sello de presin metal a metal (pistn) abre, descargando la carga

hidrosttica en la vlvula viajera, expulsando o comprimiendo los gases. La vlvula de pie y la vlvula eliminadora de candados de gas, abren simultneamente con el principio de la carrera ascendente, previniendo que el fluido impacte o golpee en la carrera ascendente.

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Fig.22 Vlvula Eliminadora de Candado de Gas

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Fig.23 Funcionamiento de Vlvula Eliminadora de Candados de Gas 1. La vlvula de pie y la vlvula eliminadora de candados de gas abren

simultneamente. 2. La vlvula eliminadora de candados de gas cierra y la bola de la vlvula

viajera se levanta de su asiento. 3. El gas y dems fluidos pasan a travs de la vlvula viajera. 4. En el punto muerto inferior, la vlvula eliminadora de candados de gas abre,

dejando al gas escapar a travs de la tolerancia entre varilla y la vlvula eliminadora de candados de gas, con lo cual el nivel de fluido dentro del pistn sube, desalojando completamente el gas.

5. La vlvula de pie abre, la vlvula viajera cierra y la vlvula eliminadora de candados de gas abre, para dejar pasar la produccin.

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b) Tubo Barril

Es un accesorio para las bombas de insercin cuya finalidad principal (debido a

las partes de las que consta), es la de mantener a una profundidad especfica a la bomba de insercin por medio de la zapata candado, as como de impedir el paso de slidos (mediante el niple sello) al rea en donde est alojada la bomba de insercin y que pudiera modificar el buen funcionamiento del mecanismo (ver fig.24).

Consta de un tramo de tubera de 2 7/8, al cual se le efectuar un corte en su

extremo inferior para adecuarlo a las longitudes necesarias, 6.40 mts para bombas de 22 pies y 7.40 mts para bombas de 24 pies, as como cuerda de 8 hilos estndar donde se efecto el corte quedando de 2 .

Posteriormente se instalar en esta cuerda, aplicando previamente cinta tefln,

la combinacin de 2 a 2 7/8 , una vez logrado se proceder a instalar la zapata candado colocando cinta tefln en su extremo superior, considerando que en el extremo inferior se encuentra ms cerca el tope interior de la zapata candado.

En el extremo superior del tubo barril se instalar el niple sello colocando

previamente cinta tefln y conectndolo al cople de 2 7/8 . La longitud del tubo barril esta dada por la longitud de la bomba de insercin

que va a alojada dentro de l, considerando que una vez anclada la bomba en la zapata candado, en la parte inferior, las copas se alojan en el niple sello en la parte superior.

Zapata candado Niple sello

Fig.24 Niple Sello y Zapata Candado

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Una vez armado el tubo barril con zapata candado en su extremo inferior y

niple sello en el superior, se somete a una prueba hidrosttica, inyectndole agua a presin hasta 1500 lbs, con la finalidad de detectar posibles poros o fisuras en el tramo de tuberas; como fugas en la cuerda de la zapata candado o niple sello. c) Separador de Gas de Fondo Su funcin bsicamente es reducir a un mnimo la entrada de gas con la bomba para mantener una eficiencia de separacin relativamente alta (80%). No todos los separadores de gas pueden mantener esa eficiencia por razones de diseo. El mecanismo de separacin, consiste en desviar en 180 el flujo de gas a travs del espacio anular entre el tubo de succin y el separador, durante el movimiento descendente de la mezcla, el gas en virtud de tener una densidad ms baja se dirige a la superficie y el aceite hacia abajo. CONSIDERACIONES BSICAS PARA UN SEPARADOR DE GAS

1. El rea de paso de fluido hacia abajo, debe ser lo ms amplia posible para

aminorar la velocidad del aceite hacia abajo. 2. El tamao del tubo de succin dentro del separador de gas debe ser

diseado para que produzca el mnimo de cada de presin.

3. El rea de las perforaciones en el separador de gas, debe ser entre 2 a 4 veces el rea anular entre el separador y el tubo de succin.

4. El separador de gas debe colocarse cerca de la bomba, la velocidad de

bajada en el espacio anular entre el separador y el tubo de succin, debe ser menos de 0.5 pies x segundo ya que velocidades mayores no permiten que las burbujas de gas se separen y suban a la superficie. En este ltimo caso solamente una porcin de gas se separa y la eficiencia volumtrica ser ms baja.

Dada las condiciones de los pozos con sistema artif icial de bombeo

mecnico, en el Activo de Produccin Poza Rica se dise un separador de gas para bomba subsuperficial, que consta bsicamente de un tramo de tubo de 4 x 7.30 metros de longitud, sellado en su parte inferior y en su parte superior 4 ventanas de 1 x 0.50 metros para permitir la entrada de fluidos al separador y en su interior un niple de 1 x 6 metros de longitud por el cual va a subir el aceite separado (ver fig.25).

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Camisa de la bomba de 11/2

4 Ventanas de 1 X 0.50MTS.

Anillo soldado

Combinacin 4 X 2 (soldada)

Combinacin 2 X 2 7/8 (combinada)

Cople 2 7/8

Tubo de 4 Concentrador de paso

libre

Fig.25 Separador de Gas para Bomba Subsuperficial

70




d) Filtros para Arena y Sedimento

Son accesorios diseados para tratar de evitar la entrada de slidos (sulfuros, sedimentos, arenas, material vegetal, etc.) al rea de la bomba subsuperficial, ya que, la entrada de los mismos ocasionara el probable calzamiento de las vlvulas tanto de pie como viajera.

En caso de que el calzamiento sea en la vlvula de pie o estacionaria, no

permitir a la retencin del aceite en el interior de la camisa de la bomba subsuperficial, ocasionando una disminucin en la eficiencia de la misma y como consecuencia una baja produccin del pozo.

Si el calzamiento es en la vlvula viajera, no retendra la carga del aceite

en el interior del mbolo, para efectuar su desplazamiento a la superficie, reducindose notablemente la eficiencia de la bomba y en caso extremo se podra l legar a que el pozo no aportara carga.

Los fi ltros uti l izados en el Activo de Produccin Poza Rica con la finalidad

de reducir esta anomala son: FILTROS PUM-GARD

De una pulgada de dimetro provistos de 2 a 4 cartuchos de material filtrante, a estos cartuchos se les proporciona mantenimiento de limpieza, por lo cual quedan nuevamente en condiciones de filtrado para volverse a instalar (ver figs.26a, 26b).

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Cartuchos

Caja conectora inferior

Anillo candado

Mandril

Conexin Superior

Fig.26a Fi l tros Pum-Gard

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Fig.26b Filtros Pum-Gard

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EVALUACIN

Instrucciones: Conteste brevemente las preguntas siguientes: 1.- Qu es la vari l la pulida? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.- Qu funcin tienen las vari l las de succin? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3.- Qu es una Bomba Subsuperficial? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4.- Cuntos tipos de bombas existen? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5.- Qu tipo de bomba es la ms usual en el Activo de Produccin Poza Rica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Instrucciones: En las afirmaciones siguientes escriba una (V) si es verdadera o

una (F) si es falso. 1. Una bomba de insercin consta de:

barri l , mbolo con vlvula viajera, vlvula de pie y nariz de anclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( )

2. Un principio del funcionamiento de una bomba

de insercin es: el nmero de emboladas depende de las condiciones de la vari l la pulida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( )

3. Los diseos en el sistema artif icial de Bombeo

Mecnico que se uti l izan son: uno con ancla y otro con empacador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( )

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4. El diseo con ancla mecnica consta de compresin

y tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( ) 5. El diseo con empacador consta de vari l las de

succin y bomba subsuperficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( ) Instrucciones: Subraye la respuesta correcta. 1. Los accesorios adicionales de la bomba de insercin son:

a) Vlvula el iminadora de candado de gas y tubo barri l. b) Tubo barri l, separador de gas de fondo y fi ltro para arena y sedimento. c) Vlvula el iminadora de candado de gas, tubo barri l, separador de gas de

fondo y fi ltros para arena y sedimento. 2. La vlvula el iminadora de candados de gas es:

a) Un accesorio que consta de un sello de precisin. b) Un accesorio instalado en el extremo superior de la bomba

subsuperficial, su finalidad es el iminar los candados de gas. c) Un accesorio que abre con el principio de la carrera ascendente.

3. El tubo barri l es:

a) Un accesorio para bombas de insercin, su finalidad es mantener a una profundidad especf ica a esta bomba e impedir el paso de slidos.

b) Es un tramo de tubera de 1 6/8 . c) Es una tubera de 3 .

4. La funcin del separador de gas de fondo es:

a) Reducir al mximo la entrada de gas a la bomba para mantener una eficiencia de separacin alta (80%).

b) Aminorar la velocidad del aceite hacia abajo. c) Producir el mnimo de cada de presin.

5. Los fi ltros para arena y sedimento estn diseados para:

a) Evitar la entrada de slidos al rea de la bomba subsuperficial. b) No permitir la retencin del aceite a la camisa de la bomba

subsuperficial. c) No retener la carga de aceite en el interior del mbolo.

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TIPOS DE UNIDADES DE BOMBEO MECNICO

4

TIPOS DE UNIDADES

DE

BOMBEO MECNICO




4.1 GEOMETRA DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECNICO

La geometra de todas las unidades de bombeo mecnico caen dentro de dos clases: 1. La clase I, que tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera con

apoyo a la mitad del balancn y est representado por la unidad convencional. En la fig. 27a se aprecia el apoyo (F) cerca del centro, el esfuerzo del motor principal (E) aplicado en un extremo del balancn y la resistencia de la carga del pozo (R), est aplicada en el extremo opuesto del balancn.

2. La clase III, con el reductor de engranes colocado al frente, representada por las

unidades Mark II y aerobalanceada. En la fig. 27b puede verse que para ambas unidades, el esfuerzo (E) y resistencia (R) se aplican en un mismo extremo del balancn con relacin al apoyo (F), que se encuentra en el otro extremo.

Las diferentes distribuciones de palancas y localizacin de los cojinetes en el balancn con relacin a la flecha de la manivela, dan como resultado las distintas geometras.

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Apoyo

Esfuerzo

Resistencia

F

E

R

Fig.27a U.B.M. Convencional

U.B.M. Aerobalanceada U.B.M. Mark II

Esfuerzo Apoyo

Esfuerzo

Esfuerzo

E Esfuerzo

F RF

Esfuerzo

E R

Fig. 27b

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4.2 EFECTOS DE LA GEOMETRA EN LAS UNIDADES DE BOMBEO

MECNICO

Existen tres factores que controlan el movimiento de la carrera descendente y la velocidad de bombeo: 1. Longitud de carrera. 2. Fuerzas que retardan la carrera descendente. 3. Geometra de la unidad.

Cuando la unidad est elevando al fluido, hay varios factores importantes que deben reconocerse. Primeramente, el ciclo de bombeo se divide en dos partes: productivo y no productivo. La parte productiva ocurre durante la carrera ascendente cuando se eleva la columna del fluido y el no productivo, durante la carrera descendente que tiene como funcin principal, regresar a las varillas y al mbolo a su posicin en el fondo. El regreso ms rpido de las varillas en esta parte del ciclo no productivo hace que la carrera ascendente productiva se presente ms pronto.

La carrera ascendente es productiva por dos razones:

1. Es el tiempo durante el cual la columna de fluidos se eleva. 2. Es el tiempo durante el cual el fluido del pozo entra al barril de la bomba.

La forma en que realmente trabaja la unidad es: durante la carrera ascendente eleva las varillas y el fluido, durante la carrera descendente, la fuerza de gravedad jala a las varillas hacia abajo en contra de las fuerzas de friccin y flotacin. Esto es fcil de entender debido a que el cable colgador de acero trabaja nicamente a tensin y no son capaces de empujar las varillas hacia abajo. En la unidad de bombeo mecnico hay 4 caractersticas importantes de movimiento: 1. Aceleracin mxima desde el fondo para elevar la carga total de varillas y fluido. 2. El tiempo que dura la carrera ascendente, mismo durante el que se llena el barril

de la bomba. 3. Aceleracin mxima al iniciar la carrera descendente. 4. Velocidad mxima en la carrera descendente. Debe tomarse como referencia que

la velocidad angular de la manivela es constante.

La velocidad angular constante de la manivela en la unidad convencional (clase I), hace que la inversin de movimiento de la varilla pulida en el fondo, se realice con aceleracin relativamente alta y la inversin de movimiento en la parte superior, con aceleracin relativamente baja.

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En la unidades Mark II y aerobalanceadas (clase III), las caractersticas de

aceleracin son opuestas. Esta geometra hace que el sistema realice la inversin de movimiento en el fondo con baja aceleracin y en la parte superior con un poco ms de aceleracin que en la unidad convencional. 4.3 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO CONVENCIONAL

En la U.B.M. convencional (ver fig. 28) su balanceo es a travs de contrapesos y su rotacin (vista del lado izquierdo de la unidad) es en contra de las manecillas del reloj, puede operar en sentido contrario pero no se debe, ya que la rotacin de los dos lados da lubricacin a los engranes del reductor. 4.4 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO MARK II

En la U.B.M. Mark II (ver fig. 29) su balanceo es a travs de contrapesos y su rotacin (vista del lado izquierdo de la unidad) es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricacin en el reductor es exclusivamente para esta rotacin, NO PUEDE OPERAR EN ROTACIN CONTRARIA POR QUE DAARIA CONSIDERABLEMENTE EL REDUCTOR.

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4.5 PARTES PRINCIPALES DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

MECNICO (U.B.M.) CONVENCIONAL Y MARK II

PARTES PRINCIPALES:

1. MOTOR

La funcin del motor principal es: proporcionar a la instalacin energa mecnica, que es transmitida a la bomba y usada para elevar el fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe por supuesto, tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado, desde el nivel de trabajo de fluido en el pozo. El motor principal puede ser una mquina de combustin interna o puede ser un motor elctrico.

La seleccin del tipo de motor principal depende: de los recursos locales del suministro y del costo de combustibles (diesel, gas natural o energa elctrica), de la capacidad para mantenimiento y de la existencia del personal experimentado.

Cualquier diseo para la instalacin de bombeo mecnico, debe considerar el comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre ellos. Sin embargo, an existen aspectos de ingeniera de este sistema de produccin artificial, que no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es necesario comprender el proceso de bombeo, debido tambin a la tendencia de bombear pozos cada vez ms profundos.

En el Activo de Produccin Poza Rica, inicialmente se utilizaron motores de combustin interna, usando el mismo gas del pozo como combustible; sin embargo, a los constantes paros que se presentaban por las lluvias, debido a lo vulnerable de su sistema de encendido, se empezaron a sustituir por motores elctricos.

Actualmente, el motor usado es elctrico, trifsico, 440 volts, tipo jaula de ardilla de alto deslizamiento; la ventaja principal de los motores jaula de ardilla reside en su bajo costo de mantenimiento, el cual consiste bsicamente en proporcionar lubricacin peridicamente a las chumaceras del mismo. El motor de alto deslizamiento tiene la ventaja adicional de que es capaz de bajar su velocidad hasta en un 50%, aumentando al mismo tiempo su par motriz; esto hace que durante la carrera ascendente se levante la sarta ms lentamente, disminuyendo los esfuerzos en: varillas, rodamientos (chumaceras) y caja de engranes, con lo que se aumenta la vida til de los mismos.

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2. TABLERO DE CONTROL

Estos motores son trifsicos, alimentados a 440 volts y cuentan con tablero de

control que proporciona las siguientes funciones: a) Funcin on-off para poner en operacin y sacar manualmente de operacin

el motor. b) Proteccin contra bajo voltaje. c) Proteccin contra alto voltaje. d) Proteccin contra sobre cargas (alto amperaje). e) Proteccin contra sobrecalentamiento. Esta proteccin est sealizada por

unos sensores trmicos (Termotectores), colocados dentro de devanado del motor.

f) Retardo a voluntad del operador para el arranque del motor, despus de colocar el switch en la posicin on, o de que se vuelva a energizar la lnea.

g) Timer para controlar los periodos de operacin y de descanso de la unidad, a fin de permitir a voluntad la recuperacin del pozo.

3. JUEGO DE POLEA DEL MOTOR DE PEQUEO DIMETRO, BANDAS Y POLEA DE LA

CAJA REDUCTORA DE GRAN DIMETRO.

Este acoplamiento con bandas, transmite el par motriz a la caja de engranes, y al mismo tiempo reduce la velocidad angular (r.p.m.), la cual despus es reducida an ms por la caja de engranes.

4. REDUCTOR DE ENGRANES

Su funcin es: reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de

bombeo adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsin mxima a la que estar sujeto el reductor de engranes, ya que el API usa la torsin mxima como base para el rango de las unidades de bombeo. La designacin del API para una unidad es simplemente la torsin mxima permisible en el reductor de engranes en miles de libras-pulgadas. Por ejemplo, una unidad API tamao 114 tiene un rango de torsin mxima de 114 000 lb-plg. El API tiene estandarizados 16 rangos de torsin mxima que varan desde 3.4 hasta 1824 miles de lb-plg.

La polea del reductor de engranes, es el miembro que recibe la potencia del

motor principal a travs de bandas. La relacin del dimetro de la polea del reductor de engranes al dimetro de la polea del motor, y la reduccin de velocidad en el reductor de engranes, determinan la reduccin total de velocidad del motor principal hasta la varilla pulida. Los tamaos disponibles de poleas de la unidad, el nmero y tipos de bandas que deben de usarse, pueden determinarse de la literatura del fabricante de unidades de bombeo.

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La caja de engranes (Ver fig.30) a travs de su polea, recibe el par motriz y en

su salida, en la manivela, baja las r.p.m. a unos 10 u 11, lo cual da lugar al nmero de emboladas que da la unidad por minuto.

Interiormente la caja de engranes cuenta con un tren de engranes, lubricado

con aceite transmisin 140. El nmero de litros de aceite que contiene la caja, depende del tamao de la unidad; a continuacin anotamos estos volmenes:

UNIDAD TAMAO NUMERO DE LITROS DE ACEITE 140

320 190 lts 456 200 lts 640 250 lts

A fin de que se produzca una lubricacin adecuada de los engranes, es necesario

que el sentido de giro sea el correcto. El sentido de giro correcto es el siguiente:

Que las manivelas bajen hacia el rbol al girar, en las unidades convencionales y aerobalanceadas.

Que las manivelas suban por el lado del rbol, en las unidades Mark II.

Fig.30 Caja de Engranes

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PEMEX EXPLORACIN Y PRODUCCIN ACTIVO DE PRODUCCIN POZA RIC

Operación de Bombeo Mecánico I

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