BOMBEOMECÁNICO

Mélany AcevedoPedro Díaz

Germán López

BOMBEO MECÁNICO

El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie.

La unidad de superficie imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo.

¿Qué es el Bombeo Mecánico?

BOMBEO MECÁNICO

¿Qué es el Bombeo Mecánico?

Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo, abastecida con energía suministrada a través de una sarta de varillas. La energía proviene de un motor eléctrico o de combustión interna, la cual moviliza una unidad de superficie mediante un sistema de engranajes y correas.

El método de levantamiento artificial más común y antiguo del mundo es el bombeo mecánico. Debido a su simplicidad y robustez, es posible su aplicación en casi todos los tipos de pozos que requieren levantamiento.

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Sin embargo, existen límites físicos para la aplicación en cuanto profundidad y caudales a levantar.

Aplicación

Tiene su principal aplicación en el ámbito mundial en la producción de crudos pesados y extra pesados, aunque también se usa en la producción de crudos medianos y livianos.

No se recomiendaEn pozos desviados y tampoco es recomendable cuando la producción de sólidos y/o la relación gas – líquido sea muy alta, ya que afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

¿Qué es el Bombeo Mecánico?

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Equipo

En Superficie:

Motor Reductor de engranes Unidad de bombeo superficial Cabezal y conexiones superficiales

En Subsuelo:

Bomba Sarta de varillas

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MOTOR ELÉCTRICO

- Bajo costo inicial.- Menor costo de mantenimiento

MOTOR DE COMBUSTIÓN

- Control de velocidad más flexible.

Es el encargado de suministra la energía necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de pozo. Los motores pueden ser de combustión interna o eléctricos.

Tipos de motores:

Equipo

Motor

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Función: Este dispositivo permite cambiar por medio de engranajes la alta velocidad angular entregada por el motor a un mayor toque suficiente para permitir el movimiento del balancín, para llegar a una velocidad de bombeo adecuada.

Reductor de Engranes.

Equipo

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Unidad de Bombeo Superficial.

1. Transfiere la energía del motor principal a la sarta de varillas.

2. Convierte el movimiento rotatorio del motor a uno reciprocante u oscilatorio.

3. Reduce la velocidad del motor a una velocidad adecuada de bombeo

4. Mantiene la verticalidad de la varilla pulida.

Equipo

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Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

Existen diferentes tipos de unidades de BM, entre otras:

-La de balancín (BIMBA).- La Hidroneumática de bombeo reciprocante (TIEBEN) - La de carrera larga (ROTAFLEX).

Equipo

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

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Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

BIMBA: En una Bimba el motor mediante el reductor de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín.

UBH: En una UBH el motor mueve una bomba hidráulica para que mediante el sistema hidráulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos hidráulicos)

Equipo

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Equipo

Geometría de las Unidades (BIMBA)

• CLASE I Unidad Convencional

• CLASE III Aerobalanceada y MARK II

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Equipo

Designación de Unidades (BIMBA

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CARRERA LARGA: El BM de carrera larga se aplica a pozos de alta capacidad de producción o profundos, emplea un diseño completamente mecánico con una cadena.

Unidades de Bombeo Mecánico Superficial

Equipo

Unidades de Bombeo Mecánico

-El peso de la sarta de varillas, la bomba y de la columna de fluidos desequilibran la fuerza necesaria para el movimiento reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el aparejo, y solo la gravedad para bajar.

-Para disminuir este esfuerzo, el peso del aparejo se equilibra o balancea con masas de acero (contrapesos), en el caso de la bimba y en el caso de la UBH con la fuerza que proporciona el nitrógeno a presión.

-Una vez balanceado ,solo es necesaria poca fuerza para subir y bajar la bomba en el fondo , esto reduce por mucho el consumo de energía necesaria, de ahí la importancia de un buen balanceo.

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Equipo

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Cabezal y Conexiones Superficiales

En el cabezal del pozo se utilizan válvulas para el control y manejo de los fluidos, así como accesorios para la operación del equipo de bombeo mecánico y el aparejo de producción.

Equipo

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Varilla Pulida

Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial.

En un momento del ciclo las cargas que soporta son:

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

Equipo

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Contrabalanceos de la Unidad

Función- Reducir la torsión en el reductor de engranes.- El efecto de contrabalanceo puede obtenerse colocando contra pesos en el balancín, biela o manivela.-El contrapeso tiene un peso aproximadamente igual al peso de las varillas (Wr) más la mitad del peso del fluido (Wf).

Equipo

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Bomba Subsuperficial

Desplazar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie por el interior de la tubería de producción.

Componentes:

1)Barril de trabajo /camisa dela bomba 2)Émbolo o pistón3)Válvula viajera4)Válvula de pie o estacionaria

Equipo

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El API ha desarrollado un método para la designación de las bombas de subsuelo

20-125-R H B C-10-4-2Diámetro de la tubería15= 1.9” OD20= 2-3/8” OD25= 2-7/8” OD30= 3-1/2” OD

Diámetro ID de la bomba125= 1-1/4”150= 1-1/2”175= 1-3/4”200= 2”225= 2-1/4”250= 2-1/2”275= 2-3/4”

Tipo de barril para pistón metálicoH= de pared gruesa

W= de pared delgadaTipo de barril para pistón soft packed

S= de pared delgadap= de pared gruesa

Longitud total de las extensiones en pies

Longitud nominal del pistón en pies

Longitud del barril en pies

Tipo de anclajeC = CopasM = Metálico

Localización del anclajeA = en el TopeB = en el fondo

Tipo de bombaR = InsertaT = Tubería

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Ciclo de Bombeo Mecánico

(a)El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera. (b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.

Equipo

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La Bomba Reciprocante

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

Ciclo de bombeo:1.Émbolo hacia abajo cerca del final de la carrera, el fluido pasa a través del la válvula viajera, el peso de la columna es soportado en la válvula de pie.2.Émbolo hacia arriba arrastrando los fluidos arriba de la válvula viajera, la válvula de pie admite fluidos del yacimiento.3.Émbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, válvula de pie abierta y viajera cerrada.4.Émbolo hacia abajo, válvula de pie cerrada por la compresión, la válvula viajera se abre por el mismo efecto.

Equipo

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Sarta de Varillas

-La sarta de varillas de succión es un sistema vibratorio complejo mediante el cual el equipo superficial transmite energía o movimiento a la bomba subsuperficial.

-La selección de la sarta de varillas depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operación de este.

-Su diseño consiste en seleccionar la sarta más ligera y por lo tanto más económica, sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas.

- El esfuerzo de trabajo depende de la composición química de las varillas, propiedades mecánicas y fluido bombeado.

Equipo

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Ejemplo: Varilla API No. 86

Clases de varillaClase K- Resistente a corrosión

- Clase CResistente a corrosión, trabajo pesado - Clase DTrabajo extra pesado sin H2S

Equipo

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Ventajas y Desventajas

VENTAJAS:

Fácil de operar y de hacer mantenimiento.

Puede ser usado durante toda la vida productiva del pozo.

Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la máxima producción.

Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento artificial.

Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie.

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Puede levantar petróleos de alta viscosidad y temperatura.

Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de supervisión de bomba.

Puede utilizar gas o electricidad como fuente de poder.

DESVENTAJAS:

Ventajas y Desventajas

o Es problemático en pozos con alta desviación.

o Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gas libre a la entrada de la bomba

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o La unidad de superficie es pesada, necesita mucho espacio y es obtrusiva al ambiente.

o Es obtrusivo en áreas urbanas. Peligro para las personas.

o No puede funcionar con excesiva producción de arena.

o Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio la profundidad puede ser una limitante.

Ventajas y Desventajas

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• Productividad

Los equipos deben ser capaces de manejar la producción disponible. Los equipos de superficie deben soportar las cargas originadas por los fluidos y equipos de bombeo de pozo.

Criterios para la Selección de un Balancín.

• Profundidad

La profundidad del pozo es un factor determinante delos esfuerzos de tensión, de elongación y del peso.

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TIPOS DE BALANCÍN

Unidad Convencional

Unidad Mark II

Unidad Balanceada por Aire

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Tipos de Balancín

UNIDAD CONVENCIONAL

Es el más antiguo y usado en la industria. Las unidades convencionales basan su geometría en un sistema de palanca CLASE I, es decir con un punto de apoyo en el medio de la viga balancín. La rotación de la manivela puede ser en ambas direcciones.

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Tipos de Balancín

VENTAJAS

Tiene bajo costo de mantenimiento Costos menores que otro tipo de

unidades. Puede girar en el sentido de las

manecillas del reloj y contrario. Puede bombear más rápido que la

Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo que

la Mark II.

DESVENTAJAS

o En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.

o Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).

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Tipos de Balancín

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Tipos de Balancín

UNIDAD MARK II

Las unidades Mark II basan su geometría en tres características, las cuales reducen el torque y la carga con respecto a una unidad Convencional. Estas son:

• La ubicación de la caja reductora. • Un punto de apoyo en el extremo de la

unidad• Una manivela desfasada.

Adicionalmente los costos de electricidad y del tamaño del motor pueden ser reducidos.

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VENTAJAS

Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero).

Puede bajar costo (5 a 10 %) comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.

DESVENTAJAS

o En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rápido como la Convencional.

o Puede girar solamente en sentido contrario a las manecillas del reloj.

o Puede causar más daño a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.

Tipos de Balancín

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Tipos de Balancín

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UNIDAD BALANCEADA POR AIRE

La utilización de aire comprimido en vez de pesadas manivelas y contrapesos, el sistema de aire ha sido tan simplificado que las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón equilibrio. Como resultado, el tamaño de la unidad es considerablemente más pequeño, minimizando los costos de traslado y de montaje.

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VENTAJAS

Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades.

Los costos de envió son mas bajos que otras unidades (debido a que pesa menos)

Puede rotar tanto en sentido horario como antihorario.

DESVENTAJAS

o Son más complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).

o La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio problema.

o La caja de engranaje podría dañarse si el cilindro pierde la presión de aire.

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Tipos de Balancín

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Tipos de Balancín

Existen también otros tipos de unidad tales como:

REVERSE MARK II

Esta unidad ofrece una alternativa mejorada al diseño y geometría de las unidades convencionales. A pesar de las similitudes en la apariencia la geometría de las unidades Reverse Mark II pueden reducir el torque y los requerimientos de potencia en muchas aplicaciones de bombeo.

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UNIDAD DE BOMBEO CHURCHILL

Disponibles exclusivamente por el Fabricante Lufkin, estas ofrecen la misma dureza y resistencia que las unidades convencionales. Han sido utilizadas regularmente en pozos poco profundos.

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UNIDADES DE BOMBEO DE BAJO PERFIL

Unidades de bombeo compactas diseñadas para instalación en campos de irrigación con sistemas de aspersores móviles o en áreas urbanas donde las características del bajo perfil seria deseadas

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UNIDADES DE BOMBEO ROTAFLEX

Este sistema utiliza tecnología probada e innovación en el diseño para proveer una eficiencia excelente y eficacia en los costos para pozos profundos, problemáticos y de alto potencial.

El Rotaflex cumple casi a la perfección con la situación ideal para bombeo mecánico: carrera larga y baja velocidad. Esta combinación asegura un mejor llenado de la bomba y cargas parásitas muy bajas (aceleración, fricción mecánica y viscosa) y por eso, la carta de superficie de una instalación con Rotaflex es casi parecida a la ideal.

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Tipos de Balancín

Manejo eficiente de altos volúmenes, mayores cargas y desviación de pozos.

Reduce el desgaste en las cabillas y las tuberías. Incrementando la vida útil.

Menos ciclos.

Aumento en la eficiencia del sistema

Estos diseños con carreras largas pueden reducir significativamente los costos de levantamiento con las siguientes características:

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Tipos de Balancín

Fácil de Instalar y hacer servicio.

Torques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de energía.

Reducción significativa de las cargas dinámicas, resultando en menores costos operacionales.

Proporciona una mejor razón de compresión a la bomba lo que minimiza problemas de bloqueo por gas.

Facilidad para balancearlo ya que esta operación consiste simplemente en quitar o agregar bloques a la caja de contrapesas.

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UNIDAD DE BOMBEO DYNAPUMP

Dynapump es un sistema de unidad de bombeo computarizado. El dynapump utiliza sensores electrónicos, equipamiento hidráulico y sistemas de monitoreo computarizado con el propósito de extraer petróleo lo mas eficientemente posible tanto para pozos profundos como para pozos someros. El Dynapump consiste en dos componentes principales que son la unidad de bombeo y la unidad de potencia. La unidad de potencia maneja la unidad de bombeo y es el control central del sistema. Este consiste en una computadora controlada con un sistema de modem radio, electrónica sólida, controladores de motor y bombas hidráulicas.

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