unidad de bombeo mecanico.pdf

Curso de Bombeo Mecánico

LUFKINARGENTINA S.A.

1979 - 2008

Curso de Bombeo Mecánico

“Curso de Bombeo Mecánico”

Oxy

Marzo 2008

Curso de Bombeo Mecánico

Presentacion

Eugenio FerrignoIng Mecánico & NavalTrabajo en Lufkin Automation desde 1999, actualmente en la planta de Comodoro Rivadavia en Argentina como gerente de productoemail: eferrigno@lufkin-arg.comTel: +54 297 448 4050www.lufkinautomation.com

Curso de Bombeo Mecánico

Agenda

• Sistema de bombeo mecánico• Tipos de unidades• Caracteristícas, mantenimiento y montaje• Dinamometría• Automatización• Predicción de sistemas de bombeo

mecánico – Programa SROD

Curso de Bombeo Mecánico

Historia

Inauguración: 04/08/79en el Parque Industrial de Comodoro

Rivadavia.

Nombre original: Hughes Tool Comodoro Rivadavia S.A.

Curso de Bombeo Mecánico

Planta Industrial - Comodoro Rivadavia - Chubut

Curso de Bombeo Mecánico

Planta Industrial

• Superficie total: 4,05 Ha.

• Superficie de Plantas: 9.220 m2

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Fabricación de estructuras

Curso de Bombeo Mecánico

Mecanizado

Curso de Bombeo Mecánico

Ensamble de cajas

Curso de Bombeo Mecánico

Sistema de Calidad

• API Especificación 11E Q1 desde 1992

• ISO 9001 – 2000• ISO 14000

Curso de Bombeo Mecánico

Producción Total

RESTO DEL MUNDO1%

AMERICA5%

ARGENTINA94%

8500 Unidades

Curso de Bombeo Mecánico

Producción en unidades

263 242

69

186

360 358

243190

41

424

565

263

422 412

0

100

200

300

400

500

600

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Can

t. U

nida

des

Curso de Bombeo Mecánico

Servicios :

• Montaje y desmontaje de unidades de bombeo• Mantenimiento Preventivo / Correctivo de

unidades de bombeo• Reemplazo de cualquier tipo de repuesto y

reparación de unidades de bombeo mecánico LUFKIN y no LUFKIN

• Reparación de alojamiento de pernos de manivela (En cualquier tipo de unidad)

• Automatización de pozos (AIB, PCP, IWC, VSD)• Analisis de pozos (Sistemas predictivos )

Curso de Bombeo Mecánico

Trabajos in situ

• Montaje de cáncamos de izaje en viga balancín• Montaje de cable de seguridad en viga balancín• Montaje de cubrecorreas articulados• Montaje de tambores de freno con traba de

seguridad en todas las unidades de bombeo de cualquier tipo y marca

• Montaje de paneles frontales, laterales y posterior es• Montaje de cercos perimetrales• Montaje de plataformas de seguridad• Montaje de escaleras de acceso con aro de

seguridad

Curso de Bombeo Mecánico

Curso de Bombeo Mecánico

Curso de Bombeo Mecánico

CONSIDERACIONES GENERALES DE BOMBEO

MECÁNICO

Curso de Bombeo Mecánico

- Costo: Moderado.

- Costo operativo: Bajo.

- Vida útil del AIB : 30 / 40 años o más.

- Es necesario un buen diseño, operación y manejo.

- Eficiencia: Intermedia. Importante optimizar el sistema.

- Flexibilidad: Excelente. Se puede variar carrera, GPM, diámetro del pistón.

- Fácilmente operable

- Operación en profundidades hasta 3200mts.

Características de AIB

Curso de Bombeo Mecánico

Eficiencia del sistema

217 BPD (34.5 m 3/d)

HP de la bomba = 8.4 HP

Potencia de lasvarillas= 3.3 HP

HP del vástago = 11.7 HP

Pérdida en el AIB = 1.3 HP

Potencia del motor = 14.8 HP

Potencia entregada = 13 HP

Pérdida de Motor = 1.8 HP

Eficiencia del sistema = 8.4 / 14.8 = 56.5%

C-320-246-86, Bomba 1.5” Sarta 76, 10.5 GPM

a 5000 ft (1524 m)

Curso de Bombeo Mecánico

- Puede trabajar con presiones de entrada a la bomba cercanas a 0 ( 10 – 50 psi).

- Utilizado con motores eléctricos o motores a explosión.

- Dinamómetros y medición de niveles.

- Utilización en pozos desviados. Centralizadores.

Ventajas

Curso de Bombeo Mecánico

COMPONENTES DE UNA INSTALACION DE BOMBEO MECÁNICO

Curso de Bombeo Mecánico

�Unidad de bombeo�Tubing / Casing�Varillas de bombeo�Bomba de profundidad

Partes componentes

Curso de Bombeo Mecánico

Elementos componentes

- Unidad debombeo

- Varillas - Bombas de

profundidad

Curso de Bombeo Mecánico

Bombas de profundidad

Curso de Bombeo Mecánico

Partes componentes

- Barril- Pistón- Válvula de pie o fija

( standing valve )- Válvula viajera

( travelling valve )- Accesorios

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Funcionamiento

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Tipos de bombas

Insertables APICon camisa integral de pared delgadaRWA Anclaje superior ( Fig.1 )RWB Anclaje Inferior( Fig.2 )Con camisa integral de pared gruesaRHA Anclaje superior ( Fig.3 )RHB Anclaje Inferior ( Fig.4 )

Tipo Tubing APITH ( Fig.5 )

( Fig.1 ) ( Fig.2 ) ( Fig.3 ) ( Fig.4 ) ( Fig.5 )

Curso de Bombeo Mecánico

Nomenclatura de bombas - Clasificación A.P.I

Ejemplo: 25 - 175 - RHBC - 12 - 4 - 4

Curso de Bombeo Mecánico

Criterio de selección

1 - Depósitos de arena:- Desgaste en válvula- Acumulación de arena entre barril y tubing- Desgaste del pistón y barril

2 - Pozos con gas

3 - Petróleo viscoso

4 - Incrustaciones de calcio

5 - Corrosión

Curso de Bombeo Mecánico

Varillas de bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Varillas de BombeoDos grandes grupos:

1. Aceros al Carbono-Manganeso : El manganeso tiende a hacer al acero menos quebradizo.

2. Aceros de Aleaciones : Estas aleaciones tienden a:

– Aumentar la dureza, solidez y resistencia a la corrosión

– Formar estructuras de grano fino.– Obtener mejores resultados en los tratamientos

Curso de Bombeo Mecánico

Grados de varillasGrado “C”: Acero al carbono-manganeso recomendado para servicio mediano en pozos no corrosivos o fluidos pocos corrosivos.Grado “K”: Aleación de acero al níquel-molibdeno, recomendado para servicio mediano en pozos con fluidos corrosivos (CO2, H2S- Anhídrido carbónico y sulfhídrico).Grado “D” : Aleación de acero al cromo-molibdeno, recomendado para servicios pesados en pozos corrosivos o con fluidos poco corrosivos.El American Petroleum Institute clasificó: CARGA DE ROTURA DE LAS VARILLAS SEGÚN EL GRADO DE ACERO

G r a d o K g . / m m 2 L b . / p u l g 2

K 5 9 . 7 / 8 0 . 8 8 5 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0C 6 3 . 2 / 8 0 . 8 9 0 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0D 8 0 . 8 / 9 8 . 4 1 1 5 0 0 0 / 1 4 0 0 0 0

Curso de Bombeo Mecánico

C: Cargas bajas y medianas

D: Cargas altas y pozos no corrosivos

MMD: Altas cargas y medianamente corrosivo

K: Cargas altas y medianas en pozos corrosivos

PLUS: Cargas muy altas y no corrosivos

UHS: Cargas extremadamente altas

Grados de varillas (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

Cargas en varillas� Carga Max = (WR + FL ) * (1 + a)

� Carga Mín = (WRF) * (1 - a)

Donde:• WR = Peso de barras en el aire• WRF = Peso de las barras sumergidas• FL = Peso del fluido• a = Factor de aceleración

Tensión Máxima Γ Max = Pmax / SeccTensión Mínima Γ Min = Pmin / Secc

Curso de Bombeo Mecánico

Esfuerzos - Fatiga

•Proceso generado por la acción de cargas variables que se repiten en el tiempo

•El material termina por romper a un valor de carga muy inferior al límite de su resistencia

•Depende principalmente de la amplitud del ciclo de carga y de las repeticiones de este ciclo en el tiempo

Curso de Bombeo Mecánico

Esfuerzos – Fatiga / GoodmanLímite de FatigaWöhler estudió el tema fatiga, llegando a la conclusión que para un determinado valor de carga máxima, el material no rompía (Vida “infinita” )

Este límite se consideróen 10 MM de ciclos, y la carga se denominóLIMITE DE FATIGA

Curso de Bombeo Mecánico

Diagrama de Goodman• Indica el nivel de solicitación de una varilla de

bombeo• Considera vida útil > 107 ciclos de bombeo• Incluye el concepto de factor de servicio (SF)• La cárga máxima que soporta una varilla es

inversamente proporcional al rango de cargas en que se ve sometido (principio de fatiga)

• SPE 4068 / Norma API 11BR 89

API GRADE DMinimum Tensile Strength = 115000 psi

Curso de Bombeo Mecánico

Diagrama de Goodman Modificado

Establece la zona de trabajo permitida para varillas de bombeo.

Permite determinar el % de solicitación o carga a que trabajan las varillas

srot

adm FST

S ××+= )5625.04

( min 100)()(

% ×−

−=

mínadm

mínmáx

SSSS

Goodman

Sadm: Máxima tensión admisible de trabajo (psi)

Trot : UTS – Tensión de rotura (Varillas Grado D=115 ksi)

Smin : Tensión mínima (dinamómetro) (psi)

Smáx: Tensión máxima (dinamómetro) (psi)

Fs: Factor de Servicio

Curso de Bombeo Mecánico

Diseño de sartas de varillasPredominan dos criterios• Igualar tensiones

– Las tensiones son iguales en todos los tramos (a excepción barras peso)

– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn

• Diseño a tensión máx admisible– Sarta liviana y económica– Alto estiramiento– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn = δmax

Curso de Bombeo Mecánico

8 / 8

7 / 8

6 / 8

Sarta API 86

Grado API

C - 90,000 psi Tension min.

K - 90,000 psi Tension min.

D - 115,000 psi Tension min.

Tension de alta resistencia -140,000 psi Tension min.

Varillas API

Bomba 1.5” - 26.8%, 27%, 46.2%

Curso de Bombeo Mecánico

Barras peso – Ventajas/Cualidades

• Disminución de fallas por flexión sobre el cuerpo de varillas

• Disminución de fallas de cuplas• Aumento de la eficiencia de la bomba• Aumento de la carrera efectiva del pistón.• Disminución del nivel de tensiones sobre las

varillas que estarían trabajando a la compresión.• Disminución de la fricción entre tubing y varillas• Barras de 1.1/4” a 2” según API Spec 11BR

Curso de Bombeo Mecánico

PRINCIPALES FALLAS EN VARILLAS

FATIGA O ESFUERZOS DE TENSIFATIGA O ESFUERZOS DE TENSIÓÓNN

DOS FALLAS DE FATIGADOS FALLAS DE FATIGA

FATIGA POR FATIGA POR CORROSICORROSIÓÓNN

FATIGA POR FATIGA POR ESFUERZOSESFUERZOS

SOBRECARGA O DISESOBRECARGA O DISEÑÑO O DEFICIENTEDEFICIENTE

FATIGA POR FATIGA POR DOBLADURA DE DOBLADURA DE RADIO LARGORADIO LARGO

FATIGA POR FATIGA POR DOBLADURA DE DOBLADURA DE RADIO CORTORADIO CORTO

TORCEDURA TORCEDURA ““TIRABUZTIRABUZÓÓNN”” (CAIDA (CAIDA DE LA BARRA)DE LA BARRA)

FRACTURA POR TENSIFRACTURA POR TENSIÓÓN DE FATIGAN DE FATIGA

MISMO DAMISMO DAÑÑO EN LA ZONA DE RECALQUEO EN LA ZONA DE RECALQUE

GOLPE DE LLAVE GOLPE DE LLAVE O HTA. U OTRO O HTA. U OTRO ACEROACERO

GOLPE DE MARTILLO PARA GOLPE DE MARTILLO PARA AFLOJAR LA CUPLAAFLOJAR LA CUPLA

DESGASTE POR ROCEDESGASTE POR ROCE

DESGASTE DEL CUERPO POR DESGASTE DEL CUERPO POR ABRASIABRASIÓÓNN

DESGASTE DE CORROSIDESGASTE DE CORROSIÓÓNN--ABRASIABRASIÓÓNN

INSUFICIENTE INSUFICIENTE APRIETEAPRIETE CARGA DE TENSICARGA DE TENSIÓÓNN

FALLA DE APRIETE EN FALLA DE APRIETE EN MMÁÁS O MENOSS O MENOS

FALLA DE FATIGA POR FALLA DE FATIGA POR CORROSICORROSIÓÓN (DEL EXTERIOR N (DEL EXTERIOR

HACIA ADENTRO)HACIA ADENTRO) SOBREAPRETADOSOBREAPRETADO

SOBRETORQUESOBRETORQUE

ENGRANADO DE ROSCASENGRANADO DE ROSCAS

INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)

OXOXÍÍGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADAGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADA

PICADURA POR SULFURO DE PICADURA POR SULFURO DE HIDRHIDRÓÓGENOGENO

ATAQUE DE BACTERIASATAQUE DE BACTERIAS

PICADURA POR DIPICADURA POR DIÓÓXIDO DE CARBONOXIDO DE CARBONO

ATAQUE DE ATAQUE DE ÁÁCIDOSCIDOS

CORROSICORROSIÓÓN GALVN GALVÁÁNICANICA

Curso de Bombeo Mecánico

ELECTROLISISELECTROLISIS ABRASIABRASIÓÓNN

Corrosión, desgaste, daños en varillas

Curso de Bombeo Mecánico

TIPOSDE

UNIDADESGEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEOGEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEO

Curso de Bombeo Mecánico

FC

Clase I: Palanca de primer género

Convencional

C-1280D-305-260 1700 BPD (1182 m3/D)

Curso de Bombeo Mecánico

Clase III: Geometríapalanca de tercer género

F C

Tipo A: Balanceado a aire

Air Balanced

Curso de Bombeo Mecánico

F C

Clase III: Palanca de tercer género

Tipo M ( Mark II)

Mark II

Curso de Bombeo Mecánico

M II 1824D-427-216”

• H = 47 pies, 14.5mts• Profundidad = 7280 ft

(2220 m)• Caudal = 1100 BPD

(175 m3/día)• Bomba = 2 ¾”• Sarta 96 + Peso• Motor = 200 HP• Tubing telescopico

Curso de Bombeo Mecánico

Primeras Unidades de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Primeras Unidades de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Primeras Unidades de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Primeras Unidades de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Mark I – Año 1956

Curso de Bombeo Mecánico

Mark II – Año 1957

Curso de Bombeo Mecánico

Mark II – Año 1961

Curso de Bombeo Mecánico

Mark II – Actualidad

Curso de Bombeo Mecánico

Beam Balanced

Curso de Bombeo Mecánico

Reverse Mark

Curso de Bombeo Mecánico

Low Profile

Curso de Bombeo Mecánico

Portable / Trailer Mount PU

Curso de Bombeo Mecánico

DESIGNACIÓN DE LOS MODELOS DE

UNIDADES DE BOMBEO

Curso de Bombeo Mecánico

Estandarización de Unidades de bombeo

en los comienzosde la decada del ‘60

Especificación API 11E

Curso de Bombeo Mecánico

Tamaños estandares API

Torque del reductorAPI X 1000

80

114

160

228

320

456

640

912

1280

1824

2560

Carga estructural X 100

143

173

200

213

246

256

305

365

427

470

Longitud de la carrera API

48

54

64

74

86

100

120

144

168

192

216

240

Curso de Bombeo Mecánico

A = Air Balanced M = Mark II UnitorqueB = Beam Balanced LP = Low ProfileC = Convencional RM = Reverse MarkCM = Conv. ( portable )

Tipos de Unidades de Bombeo

M - 640D - 305 - 168"

Capacidad Maxima de Carga de la Estructura / Vastago Pulido ( x100

Lbs)

Longitud de Carrera Máxima ( Pulgadas )

Engranajes de Doble

Reducción

Capacidad Max. Torque del Reductor ( x1000 Lbs-

pulg. )

* Tipo de Unidad de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Torque máximo : Es el torque con que se puede hacer funcionar el reductor sin peligro de rotura del mismo .

Carga estructural : Es la carga máxima que la unidad puede soportar ( cabeza de mula )

Carrera máxima : es la máxima carrera a obtener en el vástago pulido

Parametros API

168”

36500 lbs.

912,000 in-lbs.

C-912D-365-168

Curso de Bombeo Mecánico

Cargas

Ocasionadas por :- las masas de varillas, - fluidos- fuerzas de roce y aceleraciones.

Son soportadas por la estructura del AIB

Curso de Bombeo Mecánico

Torque: esta directamente relacionado con la caja reductora Carga Máxima: directamente relacionado con la estructura.

El exceso de torque daña la caja reductora y no necesariamente a la estructura,

El exceso de carga lo hace exclusivamente con la estructura

Comparación esfuerzos

Curso de Bombeo Mecánico

Datos API en las unidades

Curso de Bombeo Mecánico

Curso de Bombeo Mecánico

Curso de Bombeo Mecánico

Curso de Bombeo Mecánico

Torque

El torque: Fuerza por distanciaLa distancia es el brazo de palanca o sea la distancia del centro del eje de salida del reductor al centro del perno de biela por la fuerzaejecutante

Fuerza

Distancia

Curso de Bombeo Mecánico

Torque (continuación)

Caja reductora: • Convierte un movimiento de muchas

revoluciones y bajo torque en otro de bajas revoluciones y alto torque.

• Relación de transmisión aproximada 30 a 1• El torque resultante es la diferencia entre el

torque producido por la carga y el producido por los contrapesos

Curso de Bombeo Mecánico

Por que contrapesar la unidad?

Curso de Bombeo Mecánico

150 lbs.

150 lbs.

A A

Carrera ascendente

Balance de cargas

Curso de Bombeo Mecánico

50 lbs

50 lbs

A A

Carrera descendente

Balance de cargas (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

150 lbs.

100 lbs.

A A

50 lbs.

Carrera ascendente

Balance de cargas (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

50 lbs.

100 lbs.

A A

50 lbs.

Carrera descendente

Balance de cargas (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

Comienzos del contrabalanceo

Curso de Bombeo Mecánico

Solución a los problemas

• Patentado por W.C. Trout en 1926

Carreradescendente

Peso varillassumergidas –Factor aceleración

Carreraascendente

Peso varillas en el aire (Wr) + peso fluído + factor aceleración

CBE = (Carga Max + Carga Min) / 2 o 1,06 (Wrf + ½ F o ).

Curso de Bombeo Mecánico

CONTRAPESADO

Un correcto contrapesado debe otorgar el valor mínimo de torque

Objetivo de los contrapesos:Lograr que el motor realice el mismo esfuerzo tanto en la carrera ascendente como en la descendente, y tender a uniformar los esfuerzos en todo el sistema

Los sistemas de contrapesos dependen de los sistemas:- regulable en la viga del equipo; - regulable sobre la manivela y - con cilindro con aire comprimido

Curso de Bombeo Mecánico

Torque del pozo

Torque del pozo

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Torq

ue, i

n-lb

s

Debido al peso de las varillas

Debido al peso de las varillas y del fluído

Sin carga

Torque del contrapeso

Torque del contrapeso

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Tor

que,

in-lb

s

Torque de los contrapesos y del pozo

Torque del pozo y de los contrapesos

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Tor

que,

in-lb

s

Torque del contrapeso

Torque del pozo

Torque del pozo

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Torq

ue, i

n-lb

s

Torque del contrapeso

Torque del reductor

Torque del pozo

Torque del reductor

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

400000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Tor

que,

in-lb

320,000 in-lb

Torque del contrapeso

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manive la

Tor

que,

in-lb

s

Torque del contrapeso máximo1,040,000 in-lbs.

Torque del pozo

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

2000000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Torq

ue, i

n-lb

s

Torque del reductor

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Angulo de la manivela

Tor

que,

in-lb

Desbalanceado

320,000

Curso de Bombeo Mecánico

Tablas de efecto de contrapesado

Necesita 18,000 lbs. CBE?

Vida del reductor

0

5

10

15

20

25

30

100.0% 105.0% 110.0% 115.0% 120.0% 125.0% 130.0%

Porcentaje de sobrecarga

Vid

a en

año

s

Curso de Bombeo Mecánico

ContrabalanceadoConceptos Avanzados

Curso de Bombeo Mecánico

Fp

C A

WWn

Wc

R

D = C * sen b

b

PWb

θ

R * sen a

a

INTRODUCCION

K

Las condiciones de carga en un pozo son: Carga Max = (Pbb + Pf ) * (1 + a)

Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a)Rango de Carga: RC = Cmax.- Cmín. Torque Teórico = RC * S / 4 (formula Mills)Torque Real = (C. Máx. – CB ) * S / 2 óTorque Real = (CB – C. Mín.) * S / 2

Pbb o WR = Peso de la sarta de varillas en el aire (Kgrs. ó Libras)Pf o WRf = Peso de fluido a elevar entre tubing y sarta de varillas (Kgrs. ó Libras)a = Factor de aceleración a = f (Carrera, S, GPM al cuadrado)CB = Efecto de contrapesado o Contrabalanceo (Kgrs. ó Libras)% Uso = T máx Real/ T. Max. Fabricante ó % Uso = C. Max. Real / Capacidad Fabrican

Curso de Bombeo Mecánico

API 11 E (rev 1994)

API 11 E

Curso de Bombeo Mecánico

TN = TF x (C – SU) – TC x SENO (q-T)En donde:TN: Es el torque neto que recibe la caja reductora del equipo de bombeo, en Libras por pulgada.TF: Es el factor de torque, en pulgadas.C: Es la carga en el vástago pulido, en libras.SU: Es el desbalanceo estructural del aparato de bombeo, en libras.TC: Es el máximo torque de los contrapesos, en Libras por pulgada.q: Es el ángulo de giro de las manivelas, en grados.T: Es el ángulo de desfasaje de las manivelas, en grados. Para equipos convencionales es cero.

Torque neto

En donde :TF: Es el factor de torque, en pulgadas.A: Es la distancia entre el cojinete de cola y la cabeza de mula del aparato de bombeo, en pulgadas.R: Es la distancia entre el perno de biela y el eje de baja velocidad de la caja reductora del equipo de bombeo, en libras.C: Es la distancia entre el cojinete de cola y el cojinete del ecualizador del aparato de bombeo, en libras.a: Es el ángulo medido entre la manivela y la biela del equipo de bombeo, en grados.b: Es el ángulo medido entre la viga balancín y la biela del equipo de bombeo, en grados.

TF = A x R / C x Seno a / Seno bFactor de torque

Conceptos

Norma API 11E rev 94

Curso de Bombeo Mecánico

TORQUE IDEAL

• Pico Torque neto Upstroke = Pico Torque neto Downstroke

• Variable a ajustar: Contrapesos– Torque contrapeso ideal: Posición sale de

tabla– Efecto de contrapeso: Posición obtenida

mediante dyna (ensayo CBE)

Curso de Bombeo Mecánico

TABLAS DE CONTRAPESADO

Curso de Bombeo Mecánico

Cargas Permisibles

El diagrama de cargas permisibles muestrael límite de torque representado en cargasen la carta de superficie, mostrando:• Detectar si la caja reductora está

sobrecargada en torque• Indicar en qué porción de la carta se

produce el sobretorque, si este ocurre• Corroborar si el análisis de torque de 15°

no excluye ningún pico de carga

Curso de Bombeo Mecánico

Cargas Permisibles – SPE 5149

Curso de Bombeo Mecánico

CONSIERACION DE INERCIA• SPE5149, Dr Sam Gibbs (1975)

– Efectos de inercia producto de contrapesos, caja y motor pueden introducir errores altos especialmenteen motores de alto resvalamiento

– Debe minimizarse la inercia usando motores y AIB bien dimensionados

– Es necesario computar torque en forma másprecisa que cada 15°

– La inercia de las articulaciones incrementan el torque neto en la caja. Es conveniente usar AIB de estructura ligera

Curso de Bombeo Mecánico

CONSIERACION DE INERCIA• SPE12201, J. Svinos (1983)

– Analiza los efectos cinemáticos en AIB– Efectos de torque diferencial respecto al

sentido de giro– Analisis cinemático del torque para obtener

el AIB ideal para el pozo que cumpla con:• Baja aceleración de la carrera ascendente• Bajo Factor de Torque• Alta carrera para mejorar el llenado de bomba

Curso de Bombeo Mecánico

CONSIERACION DE INERCIA

C-320-256-100● Fabricante “A”, ○ Fabricante “B”

Curso de Bombeo Mecánico

Indice de Eficiencia Torcional (ITE)

ITE = TM / TP x 100Es la relación entre el torque promedio en la caja reductoradel aparato de bombeo en un ciclo y el máximo torque encontrado. De alguna manera califique los diferentesequipos

ITE < 30% � inadecuadoITE ≈ 30% � buenoITE > 30% � muy buenoITE > 40% � excelente

Curso de Bombeo Mecánico

Factor de Carga Cíclica

CLF = √(∑ i2) / ∑ i

Carrera ascendente Carrera descendente

TORQ

UE

CLF = 1.25

Corriente eficazCorriente promedion

I...II 2n

22

21 ++

n

III n...21 ++

Curso de Bombeo Mecánico

Potencia MotorPMHP = PRHP x CLF / UE

Donde• PMHP = Mínima Potencia requerida al

Motor• PRHP = Potencia barra pulida (función de

área carta y SPM)• CLF = Factor Carga Cíclica• UE = Eficiencia Unidad ≈ 0,93

Curso de Bombeo Mecánico

Potencia en carta (superf o fondo)

min/33000][

)(−−

×−=

hplbsft

SPMlbsftAHPPP

Donde• PP = Potencia mecánica promedio en HP• A = Area de la carta (superficie o fondo)• SPM = Velocidad de bombeo en ciclos por

minuto

Curso de Bombeo Mecánico

Velocidad Motor

RPM (sincrónica) = Hz . 120 / NDonde• RPM = Revoluciones x minuto motor• Hz = Frecuencia de red (50 o 60 Hz)• N = Número de polos motor

Para motores Asincrónicos (Nema D por ejemplo) las RPM máx serán inferiores (5% aprox) a las sincrónicas de la red

Curso de Bombeo Mecánico

Torque en motor Nema B

Curso de Bombeo Mecánico

Torque en motor Nema D

Curso de Bombeo Mecánico

Torque en motor alto deslizamiento

d = ??

D = 44”Relación = 30.12:1

Diámetro de la polea del motor

d = R *D *GPM

RPM

Donde:

R = Relación de engranajes D = Diámetro de la polea GPM = Golpes por minuto RPM = Velocidad del motor

d = ??

D = 44”Gear Ratio = 30.12:1

Que polea necesito si tenemos 8 GPM?

d = R *D *GPMRPM

Motor speed = 1170 RPM

d = 30.12(44)(8)

1170

d = 9.06” Elejir polea de 9”

Curso de Bombeo Mecánico

DINAMOMETRIA

Obtención de las cargas continuas en el vástago pulido durante el ciclo de bombeoConocer el funcionamiento de la instalación( AIB, varillas y bomba ) y programar las medidas correctivas

Curso de Bombeo Mecánico

Parámetros mas representativos

• Torque aplicado al reductor del AIB• Cargas máximas y mínimas sobre las varillas• Caudal desplazado• Llenado de la bomba• Perdida en las válvulas( Viajera y fija)• Nivel dinámico• Esfuerzos en varillas• Potencia requerida

Curso de Bombeo Mecánico

DINAMOMETRO

Es un equipo que mide fuerzas, se lo utiliza para registrar la cargay esfuerzo en el vástago y valorizar los parámetros característicos

Celda de carga

Celda de carga Horseshoe

Celda de carga Clamp-on

Posicinador

Curso de Bombeo Mecánico

SAM QUICK DYNO

Curso de Bombeo Mecánico

A

B C

D

DINAMOMETRO IDEAL

Cierra la válvula móvil

Carrera ascendente

Abre la válvula móvil

Carga

(kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Carrera descendente

Curso de Bombeo Mecánico

Carga

( kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Carrera del A.I.B.Estiramiento

Peso del fluido

Carrera Efectiva

Carrera Bruta

0

DINAMOMETRO REAL

Curso de Bombeo Mecánico

Análisis de carta de fondo

S tS le a kS g a s @ P a

F l

S g a s @ P i

v w a t e r

v w a t e r v o il + s o lu t io n g a s

v d e a d o il

N e t P u m p D i s c h a r g e L i q u i d V o l u m e

N e t S to c k T a n k L i q u i d V o l u m e

S g

S n

S l

Curso de Bombeo Mecánico

Ejemplos de cartas dinamométricas

Curso de Bombeo Mecánico

Llenado completo

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ópulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

Tubing sin anclar

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

Golpe de fluido

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento (cm ó pulg.)Golpe de bomba

Golpe de bomba

Curso de Bombeo Mecánico

Interferencia de gas

0

Carga ( kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

Válvula viajera ó barril y pistón dañados

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

Válvula fija dañada

0

Carga (kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

- Fricción de fluido

0

Carga ( kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Curso de Bombeo Mecánico

Pozo semisurgente o pesca de varillas

0

Carga ( kgs ó lbs)

Desplazamiento ( cm ó pulg.)

Inercia Fluído� Somero + Bomba grande

Curso de Bombeo Mecánico

Cartas de fondo

Curso de Bombeo Mecánico

Ejemplos de cartas dinamométricas y

contrapesados de unidades de bombeo

Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y bien contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y mal contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y bien contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y mal contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con compresión de gas

Curso de Bombeo Mecánico

Comparativa de curvasde torque de

Unidades de Bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

Ejemplo determinación AIB

AIB : ? ( M 640D-305-168”C 640D-305-168”

A 640D-305-168” ) GPM : 8

Carrera: MáximaBomba: 1.75”Sarta: API 76

Profundidad : 8500 pies (2590 m)Llenado completo

Tubing: 2 7/8”PIP : 250 psi

Mark II

Air Balanced

Convencional

Curso de Bombeo Mecánico

Características Técnicasde las unidades de bombeo

Curso de Bombeo Mecánico

MATERIALES

NODULAR : _ Rueda de engranajes.

FUNDICIÓN

GRIS : _ Tambor de freno._ Tapas de cajas de rodamientos._ Cajas de rodamientos ( Temple y revenido )_ Manivelas._ Contrapesos._ Carcazas._Tapas de inspección.

ACEROS : 41L45H LAMINADO: _ Piñones intermedio y de alta.( con agregado de Plomo ) _ Eje intermedio y de alta.

4145H LAMINADO: _ Eje de baja._ Perno de biela.

1020 LAMINADO: _ Eje de poste maestro._ Eje de travesaño igualador.

Acero estructural ASTM A36 _ Chapas

_ Angulos

_ Planchuelas

_ Hierro redondo

Perfiles Doble "T" ASTM A36 _ Base( Importados )

_ Viga Balancin

_ Poste Maestro

_ Travezaño Angular

ESTRUCTURAS

ENSAYOS :Dureza en aceros y ruedas.

Ultrasonido en ruedas, ejes y pernos.

Ensayo de compresión por probeta de colada.

Ensayo químico en fundición nodular.

Curso de Bombeo Mecánico

Caja Reductora

Curso de Bombeo Mecánico

VENTAJAS DEL ENGRANAJEDOBLE HELICOIDAL TIPO HERRINGBONE

- Homologación por AGMA – American Gear Manufacturing Association y especificación por API 11E

- Economía de espacio y menor peso por sus dimension es mas reducidas.

- Se contrarrestan las cargas axiales.

- Los rodamientos son simples, calculados para carga sradiales.

Curso de Bombeo Mecánico

- Menores dimensiones en las bancadas.

- Mayor capacidad de transmisión de carga.

- El diseño de geometría de diente, fabricado mediante el desarrollo de la envolvente, permite al proceso de fabricación absorver con discreta discrepancia las distancias entre centros, sin afectar la relación de engranaje.

Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

- Mayor cantidad de dientes en contacto por poder elegir en su diseño mayores ángulos de hélice

Simple 15º a 25º

Herringbone 20º a 45º

- En trenes de engranajes donde solo se requiere transmisión de velocidad es aceptado el uso de engranaje simple helicoidal; donde la solicitación de carga asume un rol importante es necesario doble helicoidal.

Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)

Curso de Bombeo Mecánico

MANTENIMIENTO

Curso de Bombeo Mecánico

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

SEIS COMPONENTES CRITICOS:1. Caja reductora

2. Pernos de biela

3. Cojinetes de centro y de cola

4. Alineación del estrobo

5. Bulones

6. Alineación de la polea

Curso de Bombeo Mecánico

1. Caja Reductora

Curso de Bombeo Mecánico

Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga

Inspección de caja reductora

Curso de Bombeo Mecánico

Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructiva

Inspección de caja reductora

Pitting severo

Curso de Bombeo Mecánico

Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructivaDesgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivo

Inspección de caja reductora

Curso de Bombeo Mecánico

Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructivaDesgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivoFluencia plástica (Deslizamiento)

Inspección de caja reductora

Curso de Bombeo Mecánico

Buen diseño de soportes

Soportes de bancada

Cojinetes Anti-friccionno soportan al ejeadecuadamente

Estres Natural

Carga

LUFKIN

Otras marcas

Curso de Bombeo Mecánico

2. Pernos de biela

Curso de Bombeo Mecánico

Perno de biela

- Proteger el alojamiento con grasa

Curso de Bombeo Mecánico

3. Cojinetes de centro y cola

CrankPins

Equalizer Bearing

CenterBearing

Curso de Bombeo Mecánico

Cojinete de cola - Convencional

Curso de Bombeo Mecánico

Cojinete de centro - Convencional

CrankPins

Cross Yoke Bearing

Samson PostBearing

Curso de Bombeo Mecánico

Cojinete de cola - Mark

Curso de Bombeo Mecánico

Cojinete de centro - Mark

Curso de Bombeo Mecánico

4. Alineación

Curso de Bombeo Mecánico

Fundación

Curso de Bombeo Mecánico

5. Bulones

Curso de Bombeo Mecánico

Uniones estructurales

Curso de Bombeo Mecánico

Uniones estructurales

Curso de Bombeo Mecánico

6. Polea

Curso de Bombeo Mecánico

Polea y correas

• Verificación de la ranura V en las poleas, roturas, desgaste

• Alineación• Correas rotas, desgastadas, agrietadas o

deshilachadas• Tensado, correas flojas, tensado excesivo,

correas nuevas

Curso de Bombeo Mecánico

Lubricación y engrase

Curso de Bombeo Mecánico

Aceite

• Alta calidad• Inhibidores de herrumbre y oxidación• Propiedades anti-espumantes• Viscosidad AGMA Nº 5• Aditivos: no pueden actuar como agentes

abrasivos• Nivel de aceite• Problemas: propiedades físicas, sedimentos,

agua• Análisis cada un año en laboratorio

Rodamientos

Bujes de bronce

Tapa intermedia

Sistema de lubricacion

Engranajes Herringbone

Lubricadores

Correcta lubricación

Curso de Bombeo Mecánico

Conductosde

lubricación

Lubricación

Curso de Bombeo Mecánico

Tapas de rodamientos

Curso de Bombeo Mecánico

Lubricación de cojinetes

estructurales

Curso de Bombeo Mecánico

Fallas en los cojinetes

Todos los cojinetes tienen una vidadeterminada

Fallan por:

• Falta de correcta lubricación

• Sobrecarga

• Desalineamiento

• Fin de la vida útil

Curso de Bombeo Mecánico

Puntos de lubricaciónTipo de

grasa y / o aceite

Frecuencia de

inspección

Frecuencia de engrase

Frecuencia cambio de

aceite

COJINETE CENTRALNLGI Nº 1

AGMA Nº 7 *Cada 6 meses

Cada 6 meses

COJINETE POSTERIORNLGI Nº 1

AGMA Nº 7 *Cada 6 meses

Cada 6 meses

COJINETE PERNO DE BIELA

NLGI Nº 1 AGMA Nº 7 *

Cada 6 meses

Cada 6 meses

CAJA REDUCTORA

AGMA Nº 5 EP

(ISO VG220) **

C/ 6 meses 1 año: análisis

De acuerdo a análisis

* Grasa de primera calidad a base de jabón de litio tipo NLGI Nº 1 con aditivo para alta presión y una viscosidad de aceite base equivalente a la Normal AGMA Nº 7 (414-506 cST A 40º C)

** Lubricante liviano de alta calidad apto para alta presión conforme a la normaAGMA Nº 5 EP (ISO VG220) (preferentemente tipo fosforoso sulfurado)con agentes antioxidantes y antiespumantes.

PLAN DE LUBRICACIÓN

Curso de Bombeo Mecánico

SEGURIDAD

Curso de Bombeo Mecánico

Sin energía

Instalación de la cabeza de mula

Paneles y cubrecorreas

Operaciones básicas

Seguridad

Curso de Bombeo Mecánico

Sin energia – Desenergización total

Aislar la fuente de energía

Curso de Bombeo Mecánico

Sin energia – Desenergizacion total

Aislar la fuente de energía

Control de energía potencialTraba de tambor de freno y cadena

Curso de Bombeo Mecánico

Cabeza de mula

Asegurar sucorrecta

instalación

Curso de Bombeo Mecánico

Colocar aro de seguridad

Curso de Bombeo Mecánico

Paneles y cubrecorreas

Asegurar su correctainstalación

NUNCADEJE LA UNIDAD DE

BOMBEO FUNCIONANDO O LISTA PARA

FUNCIONAR SIN TODOSLOS EMENTOS INSTALADOS

Curso de Bombeo Mecánico

Operaciones básicas

NuncaNuncaestacioneestacioneenfrenteenfrente

de la de la unidadunidad!!

Curso de Bombeo Mecánico

CONCLUSIONES PROGRAMA

MANTENIMIENTO

Curso de Bombeo Mecánico

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Minimizar los Costos de la vida del AIBINSPECCION Y LUBRICACION REGULAR

RECOMENDANDO UN CRONOGRAMA SEMESTRAL

CORREGIR PROBLEMAS MENORES ANTES DE QUE SEAN GRANDE S PROBLEMAS

FRENOS, BULONES, JUNTAS, PERDIDAS, ETC.

PREVENIR FALLAS ( GENERAN COSTO ADICIONAL)

CARCAZAS, DAÑO ESTRUCTURAL, TIEMPO DE PARO, DAÑO COLATERAL

ESTAR ATENTOS DE COSTOS OCULTOS DE LOS DAÑOS CATASTROFICOS

MEDIO AMBIENTE, EQUIPO DE SUPERFICIE, EQUIPO DE FONDO

Curso de Bombeo Mecánico

REPORTEDE

INSPECCION

Curso de Bombeo Mecánico

REPORTE MANTENIMIENTO PREVENTIVO E INSPECCION Rodamientos & Retenes

COMPAÑIA : LUFKIN ARGENTINA S.A. B : Bueno R : Regular M : Malo (Reemplazar)

Area : Pozo : Neuquén - ArgentinaDESCRIPCION UNIDAD DE BOMBEO Y CAJA REDUCTORA MOTOR de ACCIONAMIENTO ContrabalanceoMarca : Tipo : Marca : Polea : Lado derecho : N º Serie de Caja Reductora : N º Serie : HP : Lado izquierdo : N º Serie de Estructura : RPM : Estado : Balanceo - Herramienta : Contrapeso :

ARTICULACIONES CAJA REDUCTORAARTICULACIONES de CENTRO : Polea Impulsora : Lado : Izq.: Der.:Retenes : Rodamientos : Rodamiento Alta : Intermedio : Baja :Grasa : Línea de Lubricación : Retenes Lado Derecho : Alta : Intermedio : Baja :

ARTICULACIONES de COLA : Retenes Lado Izquierdo : Alta : Intermedio : Baja :Retenes : Rodamientos : Juntas : Buena : Regular : Mala :Grasa : Línea de Lubricación : Nivel de Aceite : OK : Bajo : Alto : PERNO de BIELA - Derecho : Condición de Aceite : OK : Regular : Malo :Retenes : Rodamientos : Cinta de Freno : Cable de Freno : Traba seg :PERNO de BIELA - Izquierdo : Dentados Piñón Veloz :Retenes : Rodamientos : Conjunto Intermedio :

Eng. Baja Veloc. :CONDICIONES DE OTROS ITEMS

Alineación de la Unidad OK : Izquierda : Derecha : Escaleras OK : Reparar : Falta :Dist.B.Pozo : Hacia adelante : Hacia atrás : Canasto guarda hombre OK : Reparar : Falta :Luz Biela-manivela Izquierda : Derecha : Correas OK : Regular : Reemplazar :Nivelación OK : Bajo Der. : Bajo Izq. : Bulones Estructura OK : Falta :

Bajo hacia adelante : Bajo hacia atrás : Limpieza y Pintura de la Unidad OK : Reg. : Pintar :Carrera : GPM : Cáncamos OK: Falta : Cable de seg. : OK: Falta :Cubrecorreas OK : Reparar : Falta : Fundación : Condición :Cerco de Seguridad Frontal : Lateral : Posterior : Dist. Boca de Pozo a Base : Dist. entre dados :Switch de Vibración OK : Falta : Anclajes OK : Flojos : Cortados :Tanque de Aire Nivel de Aceite : Compresor Marca : Modelo :Articulación Tk. de Aire Correas : Motor :Retenes : Rodamientos : Nivel de Aceite :Grasa : Línea de Lubricación : Cónicos de Manivelas Derecha Max.: Int.: Mín.:Cabeza de mula Alineación : Traba : Aro : Izquierda Max.: Int.: Mín.:

Fecha : / / Inspeccionado por :................................................. Revisado por :....................................................