Integrantes:

Álvarez Jheanny V-24.228.017

Arvelay Alexis V- 21.176.779

Bellorin Carlos V- 15.846.386

Cumaraima Fabianny V-25.015.388

Hernández Leonardo V-24.846.317

Moreno Dayana V- 24.227.066

Romero Jordan V- 24.846.202

Salazar Betsabed V-25.487.195

VII Semestre de Ing. Petróleo

Sección N02

República Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental De La Fuerza Armada

UNEFA- Núcleo, Anzoátegui

San Tomé, Noviembre 2013

1

Facilitador:

Ing. José Barrera

ÍNDICE

Introducción 03

Bombeo mecánico 04

Historia del diseño, instalación del bombeo mecánico 06

Mecanismos de producción del bombeo mecánico 09

Sistemas de bombeo mecánico 10

Equipos de superficie 13

Tipos de unidades del bombeo mecánico 16

Diferencia en aplicación y características 17

Concusiones 20

Bibliografía 21

2

INRODUCCIÓN

En la industria petrolera, refiriéndonos a nuestro país, se utilizan varios tipos de

levantamiento artificial en campos donde se requiera aumentar la producción. El método

más antiguo de levantamiento artificial es el bombeo mecánico el cual es el método de

mayor aplicación a nivel mundial y nacional, ya que por su sencillez, versatilidad y

operatividad se ha convertido en el método de producción de mayor conocimiento por

parte del personal técnico y operario del campo, para conocer los parámetros que

afectan el comportamiento de producción del pozo para determinar la selección del

método de producción más adecuado. 

3

BOMBEO MECÁNICO

Este es un método muy difundido en nuestro país y uno de los más antiguos. 

Fue de hecho el primer sistema artificial de bombeo. Los equipos actuales poco tienen

que ver con sus antecesores desde el punto de vista materiales, pero el concepto

operativo es idéntico. No es el más económico ni en su costo inicial ni operativo ya que

poseen una estructura relativamente grande en la superficie y esto unido a la

inclemencia del clima patagónico, implica un mantenimiento importante para asegurar

su funcionamiento. 

Las bombas son del tipo llamado de tubería de educción, ya que el cilindro o

pistón de la bomba va conectado a la tubería de educción y se mete en el pozo como

parte integral de la sarta a la profundidad deseada de bombeo. El émbolo de la bomba,

que lleva la válvula viajera, constituye la parte extrema inferior de la sarta de varillas de

succión. La sarta de varillas se mete en la tubería de educción hasta llegar a la válvula

fija, ubicada en el fondo del cilindro. Luego se sube la sarta de varillas cierta distancia y

por medio del vástago pulido, colgador y riendas se fija en el balancín, de manera que

en la carrera descendente no golpee la válvula fija.

Otro tipo de bomba es la integral, en la cual todos sus elementos conforman una

sola pieza, que utilizando la sarta de varillas se puede colocar o extraer, sin necesidad de

sacar la sarta de educción, para cambiarle algunos de sus componentes o reemplazarla

por otra del mismo diseño. Este tipo requiere que la sarta de educción sea provista de un

niple adecuado o dispositivo similar para encajarla. Como las válvulas fija y viajera

deben ser resistentes a la corrosión y a la abrasión, sus esferas y asientos se fabrican de

acero inoxidable, acero templado, metal monel, aleaciones de cobalto, acero tungsteno o

bronce.

El revestimiento y la manera de terminar el pozo pueden ser muy parecidos a la

antes descrita para pozos de flujo natural, excepto que la gran diferencia estriba en

cómo hacer llegar el petróleo desde el fondo del pozo a la superficie. 

El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta presión, suficiente

para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por tanto, el bombeo mecánico

no es más que un procedimiento de succión y transferencia casi continúa del petróleo

hasta la superficie. 

El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de

funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el

4

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 o de educción, a cierta profundidad del fondo

del pozo.

La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la

carrera descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera

para que el petróleo pase de la bomba a la tubería de educción. En la carrera ascendente,

la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo que está en la

tubería y la válvula fija permite que entre petróleo a la bomba. La repetición continua

del movimiento ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la

superficie como en el bombeo mecánico hay que balancear el ascenso y descenso de la

sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancín o

en la manivela. Otra modalidad es el balanceo neumático, cuya construcción y

funcionamiento de la recámara se asemeja a un amortiguador neumático; generalmente

va ubicado en la parte delantera del balancín. Este tipo de balanceo Se utiliza para

bombeo profundo. 

La bomba en sí misma se encuentra en el fondo y se le transmite el movimiento

a través de varillas que hacen su recorrido por dentro del tubing. Al descender, la

válvula inferior se cierra y el pistón de la bomba baja llenándose de petróleo. Al subir,

la válvula inferior se abre y mientras el pistón jala el petróleo que tiene dentro hacia

arriba, a la vez llena la parte inferior por succión con una nueva carga que

posteriormente elevará. Así opera en forma alternativa o batch. Dado el gran brazo de

torque que tienen, son el tipo de bomba preferido en caso de tener que generar grandes

presiones. La motorización puede ser eléctrica o con motor a explosión. 

Usualmente el sistema de bombeo mecánico se aplica cuando se tiene:

Bajo IP.

No haya producción de arena, o sea muy baja.

La presión de fondo fluyendo debes ser suficiente para tener un nivel estático en

el pozo.

Que no haya depósitos de parafinas.

Que la Pwf sea mayor al Pb a la profundidad de la bomba.

5

HISTORIA DEL DISEÑO E INSTALACIÓN DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO

MECÁNICOS EN VENEZUELA

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.

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 bombeo mecánico convencional nació prácticamente con la industria

petrolera cuando el coronel Drake perforo su pozo en Pennsylvania en 1859. En

aquellos tiempos la perforación se hacía con herramientas de percusión. La mecha se

suspendía mediante una especie de balancín hecho con madera y se dejaba caer, más o

menos en la misma forma a como hoy en día se hincan los pilotes en una construcción.

Cuando el pozo moría, era más fácil usar el balancín de manera que había

quedado en el sitio para operar la bomba de sub-suelo. Así nació el bombeo mecánico

convencional. Aunque hoy en día ya no se usan cabillas ni balancines de madera ni

mucho menos maquinas a vapor, los componentes del método son los mismos. El

balancín, símbolo del método, todavía se usa para convertir el movimiento rotatorio del

motor en reciprocarte para impulsar la bomba.

Otro componente son las cabillas y el tercero, la bomba misma que todavía usa

un pistón, en el barril y las válvulas fijas y viajera. La evolución de estos componentes,

tanto en diseño como en materiales, la tecnología electrónica y el avance en las

aplicaciones de análisis y diseño, han contribuido para que el bombeo mecánico

convencional moderno haya dejado de ser la cenicienta de los métodos de producción

reservado solo a los pozos que llegaban al final de su etapa productiva. Por su larga

historia, no es difícil pensar que este método es el más popular y usado en la industria

petrolera a nivel mundial. En Venezuela, para diciembre del 2000, de los 15422 pozos

activos, aproximadamente 6500 producían con este método. Más aun, hasta el presente

es el único método capaz de manejar la producción de los pozos de inyección a vapor.

6

Ventajas

El diseño es poco complejo.

El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo.

Es aplicado en crudo pesado y altamente viscoso.

Puede utilizar combustible o electricidad como fuente de energía.

El equipo puede ser operar a temperatura elevadas.

Permite variar la velocidad de embolada y longitud de carrera para el control de

la taza de producción.

Desventajas

La efectividad del sistema puede verse afectada severamente por la presencia del

gas.

La presencia de arenas ocasionan el desgaste severo del equipo.

Requiere altos costos y mantenimiento.

Posee profundidades limitadas.

El equipo es pesado y ocupa mucho espacio.

La taza de producción declinan rápidamente.

El método de bombeo mecánico convencional, es una herramienta muy simple y

efectiva en las condiciones apropiadas para su funcionamiento y ha sido un fiel aliado

del ser humano en su búsqueda y extracción por el muy preciado petróleo.

  Sin embargo, los retos que se presentan en la industria  con yacimientos más

profundos o con  características diferentes, nos obligan a utilizar otros métodos de

levantamiento para poder obtener el mayor beneficio del yacimiento encontrado.

Diseño de equipos de bombeo mecánico

Es un procedimiento analítico mediante cálculos, gráficos o sistemas

computarizados para determinar el conjunto de elementos necesarios en el

levantamiento artificial de pozos accionados por cabilla. La función de este

procedimiento es seleccionar adecuadamente los equipos que conforman el sistema de

bombeo mecánico a fin de obtener una operación eficiente y segura con máximo

rendimiento al menor costo posible.

Paso 1: Se debe seleccionar el tamaño de la bomba, el diámetro óptimo del

pistón, bajo condiciones normales. Esto va a depender de la profundidad de

asentamiento de la bomba y el caudal de producción.

7

Paso 2: La combinación de la velocidad de bombeo (N) y la longitud de la

carrera o embolada (S), se selecciona de acuerdo a las especificaciones del

pistón. Se asume una eficiencia volumétrica del 80%.

Paso 3: Se debe considerar una sarta de cabillas (se debe determinar el

porcentaje de distribución si se usa más de dos diámetros de cabilla) y el

diámetro de pistón, se determina un aproximado de la carga máxima para el

sistema en estudio.

Paso 4: Chequear el valor de factor de impulso para la combinación velocidad

de bombeo (N) y longitud de carrera (S) establecidos en el Paso 2.

Paso 5: Cálculo de la carga máxima en la barra pulida. Para este propósito será

necesario obtener cierta data tabulada de acuerdo a los datos establecidos en los

pasos previos. Primero se determinará el peso de las cabillas por pie y la carga

del fluido por pie. Ahora se calcula el peso de las cabillas en el aire (Wr), la

carga dinámica en las cabillas (CD) y la carga del fluido (CF) a la profundidad

objetivo.

Wr = peso cabillas (lb/ft) x Prof. (ft)

CD = F.I. x Wr (lb) -----> Donde F.I. (Factor de Impulso)

CF = peso fluido (lb/ft) x Prof. (ft)

Carga máxima barra pulida = CD + CF

Paso 6: Cálculo de la carga mínima de operación (CM), el contrabalanceo ideal

y torque máximo.

CM = Disminución de la carga debido a la aceleración (DC) – fuerza de flotación (FF)

DC = Wr x (1-C) -----> Donde C = (N^2 x S)/70500

FF = Wr x (62,5/490) -----> Valor constante

Para el contrabalanceo ideal se debe proporcionar suficiente efecto de

contrabalanceo para darle suficiente valor de carga, el cual va a ser el promedio entre el

máximo (carga máx. barra pulida) y el mínimo recién calculado.

Entonces, contrabalanceo ideal = promedio de carga (entre máx. y min) – la

carga mínima.

Torque máx. = Contrabalanceo ideal x Punto medio de la longitud de carrera (S/2).

Paso 7: Estimación de poder del motor eléctrico. Conocida la profundidad de

operación, °API del crudo y el caudal requerido de producción, se obtiene una

constante que es multiplicada por el caudal de producción. Este valor obtenido

son los HP necesarios justos para levantar el caudal requerido. Lo que se

8

recomienda es que este valor obtenido se incremente de 2 a 2,5 veces para tener

un factor de seguridad.

Paso 8: Cálculo de desplazamiento de la bomba. El valor obtenido de P sería el

valor de caudal de producción si la bomba trabaja al 100% de eficiencia. El

diseño de la bomba debe tener al menos el 80% de eficiencia. En crudos pesados

debe tener un máximo de 18 strokes/minutos (promedio 15° API).

P = C S N

P = Desplazamiento de la bomba

C = Constante de la bomba, depende del diámetro del pistón

N = Velocidad de bombeo (SPM)

Paso 9: Profundidad de asentamiento de la bomba. Esto dependerá

enormemente de la configuración mecánica del pozo. Si este método no cumple,

por lo general se asienta a 60 o 90 pies por encima del colgador. Otras

bibliografías hacen referencia que se asienta 300 pies por debajo del nivel de

fluido.

MECANISMOS DE PRODUCCION POR BOMBEO MECANICO (CASO A, B y C)

Los mecanismos de producción de bombeo o balancines se diseñan con geometría de

palanca que son de clase I y clase III.

Los primeros pueden ser serie A serie B o C. Un tipo adicional son los serie M

que se diseñan con un tipo de palanca clase II, y se consideran adicionalmente el torque.

En esta nomenclatura de letras se hace referencia a la geometría de la viga. Así los

aparatos seria A se construyen con los brazos de la viga principal de la misma longitud

con lo cual la carrera de la cabeza del caballo es el doble del radio R de la manivela. Los

aparatos serie B y C se construyen con la dimensión desde el cojinete central del eje del

pozo de mayor longitud que el brazo posterior de la viga con el objeto de aumentarle la

carrera al aparato. El aspecto físico o tipo de balancín está dado por la clase de palanca

y el tipo de balanceo, los de clase I están balanceados en la viga o en la manivela y los

de clase III en la manivela o por aire.

La geometría de este tipo de unidades de bombeo clase III se caracteriza por

tener un punto de apoyo al final de la viga viajera, es decir lejos de la cabeza del

balancín dentro de estas se ubican las unidades balanceadas por aire y la conocida como

Mark II.

9

También se identifican de acuerdo al tipo de balanceo como:

Clase A: Balanceada por aire

Clase B: Balanceada por la viga

Clase C: Balanceada en la manivela o convencional

Clase M: Unitorque Mark II

SISTEMAS DEL BOMBEO MECANICO

Los sistemas de bombeo mecánico consisten esencialmente de cinco

componentes:

1. Bomba subsuperficial

La cual desplaza el fluido del fondo del pozo. Las bombas subsuperficiales

movidas por varillas se dividen en tres tipos:

a) Bombas de tubería de producción:

Las bombas de tubería de producción, por ser de un diámetro mayor, pueden

manejar volúmenes más grandes de líquidos que las bombas de inserción, sin embargo,

la carga de fluido sobre la unidad de bombeo no debe ser mayor.

La desventaja de estas bombas estriba en que el barril forma par te de la misma

tubería de producción, para efectuar alguna reparación o reposición de partes es

necesario extraer la tubería de producción completa; lo que significa una operación más

complicada, y por consiguiente, más costosa.

Un factor importante que debe tomarse en cuenta es el alargamiento de las

varillas por la carga de fluido, lo que se traduce en una disminución en la carrera

efectiva del émbolo, siendo más crítica a medida que aumenta la profundidad del pozo.

Las bombas de tubería de producción operan mejor en pozos que tienen alto nivel de

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

b) Bombas de inserción:

Se les denomina bombas de inserción porque el conjunto total de la bomba (barril,

émbolo y válvula estacionaria) que va conectado en el extremo inferior de la sarta de

varillas se inserta en un niple de asiento (zapata-candado) instalado en la tubería de

producción. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubería de producción, ya

que para hacer una reparación o sustitución de la bomba no es necesario extraer la

tubería de producción. La bomba de inserción se desancla y se extrae con la sarta de

varillas. Este tipo de bomba es el que más se utiliza en el Activo de Producción Poza

Rica.

10

c) Bombas de tubería de revestimiento:

Este tipo de bombas son sólo una versión más grande de las bombas de

inserción.

Materiales Utilizados en la Fabricación de la Bomba

Cualquier bomba subsuperficial, movida por varillas, está constituida de los

siguientes elementos esenciales:

Barril de trabajo.

Émbolo.

Válvulas.

Los costos de producción de aceite se incrementan notablemente por fallas

frecuentes de la bomba subsuperficial, tanto por los costos de extracción del equipo

como por la producción diferida. Por esta razón, es de primordial importancia que de

acuerdo con las condiciones del pozo, se seleccione correctamente el tipo de bomba por

usar, tomando en cuenta las características de los materiales utilizados en su fabricación.

2. Sarta de varilla

Transmite la potencia de la bomba desde la superficie. La función de la sarta de varillas

de succión es: transmitir el movimiento de bombeo superficial y la potencia a la bomba

subsuperficial. También incluye, si es necesario, la sarta de tubería de producción,

dentro de la que operan las varillas de succión, la cual conduce hasta la superficie los

fluidos bombeados.

Las varillas de succión disponibles en el mercado son de cinco diferentes diámetros

estándar. Su diseño consiste esencialmente en determinar la sarta más ligera, y por lo

tanto, la más económica, que pueda utilizarse sin exceder el esfuerzo de trabajo de las

propias varillas.

3. Unidad superficial

Transfiere el movimiento de rotación a oscilación lineal de la sarta de varillas.

Las conexiones superficiales tienen la función de conducir los hidrocarburos producidos

por el pozo a la línea de descarga y por ende, hasta la batería de separación; todas ellas

deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/plg2, elaboradas en tubería de

2”DIAMETRO efectuando corte y cuerda a fin de adecuarlas a las longitudes

necesarias; debido a que las dimensiones varían de acuerdo a cada instalación,

generalmente serán elaboradas al momento de ser instaladas en un pozo de reciente

conversión al sistema de bombeo mecánico. Cuando se trate de un reacondicionamiento

se instalarán las mismas conexiones superficiales que tenía el pozo antes de la

11

intervención con el equipo de terminación y reparaciones de pozos Dos accesorios

superficiales (varilla pulida y mordaza), tienen la función de transmitir el movimiento

alternativo a la sarta de varillas de succión; otros dos accesorios (Estopero y Preventor)

tienen la función de dar seguridad, a fin de evitar derrames de hidrocarburos al medio

ambiente y las válvulas de retención o check cuya función es dejar pasar los fluidos en

una sola dirección, evitando su regreso al interior del pozo y así en superficie, se

complementa el ciclo ideal de bombeo.

4. Sistema de engranes

Controlan la velocidad de la maquina o la del motor primario. Su función es

reducir o controlar la velocidad del motor principal a una velocidad de bombeo

adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsión máxima a la que

estará sujeto el reductor de engranes, ya que el método del

Instituto Americano del Petróleo (API por sus siglas en inglés) usa la torsión máxima

como base para el rango de las unidades de bombeo. La designación del Instituto

Americano del Petróleo para una unidad es simplemente la torsión máxima permisible

en el reductor de engranes en miles de pulgadas-libras. Por ejemplo: una unidad

normada por el Instituto Americano del Petróleo tamaño 114, tiene un rango de torsión

máximo de 114,000 plg-lbs. El Instituto Americano del Petróleo tiene estandarizados 16

rangos de torsión máxima, que varían desde 6.4 hasta 1’824,000 plg-lbs.

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

motor principal a través de bandas. La relación del diámetro de la polea del reductor de

engranes al diámetro de la polea del motor, y la reducción de velocidad en el reductor

de engranes, determinan la reducción total de velocidad del motor principal hasta la

varilla pulida. Los tamaños disponibles de poleas de la unidad y el número y tipo de

bandas que deben usarse, pueden determinarse de las especificaciones del fabricante de

unidades de bombeo.

5. Motor primario superficial

Suministra la potencia necesaria al sistema. La función del motor principal es

proporcionar a la instalación energía mecánica que eventualmente será 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 del fluido en el pozo. El motor principal puede ser una

máquina de combustión interna (gas natural o diesel) o puede ser un motor eléctrico. La

selección del tipo de motor principal depende de los recursos locales, del suministro y

12

costo del combustible (diesel, gas natural) o energía eléctrica, de la capacidad para el

mantenimiento y de la existencia de personal experimentado. El uso de motores

eléctricos facilita el análisis del comportamiento de la unidad de bombeo en dos

aspectos:

Permite medir con un amperímetro de gancho, el rango de trabajo y así observar

cuando existe una pérdida o sobrecarga del peso en la sarta de varillas sin

interferir con la operación del pozo.

Tienen un bajo costo inicial, menor costo de mantenimiento y son más

fáciles de ajustar a un sistema automático. Por otra parte, las máquinas de gas

tienen la ventaja de un control de velocidad más flexible y pueden operar en un

rango más amplio de condiciones de carga. El costo del combustible puede ser

inferior al de la energía eléctrica, aunque conforme se incrementan los costos del

combustible, esta condición puede invertirse.

Cualquier diseño para la instalación del bombeo mecánico, debe considerar el

comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre ellos. Sin

embargo, aún existen aspectos de ingeniería de este sistema de producción artificial que

no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es necesario comprender el proceso

de bombeo, debido a la tendencia de bombear pozos cada vez más profundos.

EQUIPOS DE SUPERFICIE

La unidad de superficie de un equipo de bombeo mecánico tiene por objeto

transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad de asentamiento de la

bomba de subsuelo con la finalidad de elevar los fluidos desde el fondo hasta la

superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas.

Como su nombre lo indica hace referencia al conjunto de partes que se pueden

observar a simple vista integrados por:

Motor.

Unidad de bombeo (balancín).

Caja reductora.

Barra lisa.

Contrapesas (unidad convencional)

Cabeza del pozo.

Caja de empaques (stunffing box).

Líneas de flujo.

13

Motor primario

Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de bombeo para

levantar los fluidos de los pozos.

Caja reductora:

La caja reductora pertenece a los engranajes que tiene como función reducir la

velocidad rotacional del motor a la velocidad requerida para efectuar el bombeo y al

mismo tiempo incrementa el torque disponible sobre su eje de baja velocidad.

Barra lisa(polished rod)

También incluida a la unidad de bombeo , esta estructuralmente conecta el

balancín a la sarta de varillas y asegura una superficie de sellamiento en el

cabezal del pozo con el fin de mantener los fluidos dentro del pozo.

Unidad de Bombeo (Balancín)

Es una máquina integrada, cuyo objetivo es de convertir el movimiento angular

del eje de un motor o reciproco vertical, a una velocidad apropiada con la finalidad de

accionar la sarta de cabillas y la bomba de subsuelo. La función de la unidad de bombeo

es convertir el movimiento rotatorio del motor principal en movimiento ascendente y

descendente de la sarta de varillas. Este movimiento es denominado recorrido. La

unidad de bombeo está compuesta por:

Caja Reductora (Gear Reducer)

Contrapesos (Counterweight)

Algunas de las características de la unidad de balancín son:

La variación de la velocidad del balancín con respecto a las revoluciones por

minuto de la máquina motriz.

La variación de la longitud de carrera.

La variación del contrapeso que actúa frente a las cargas de cabillas y fluidos del

pozo.

Para la selección de un balancín, se debe tener los siguientes criterios de acuerdo

a la productividad y profundidad que puede tener un pozo:

a) 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.

Factibilidad de disponer de las condiciones de bombeo en superficie adecuada.

b) Profundidad:

14

La profundidad del pozo es un factor determinante de los esfuerzos de tensión,

de elongación y del peso.

Afecta las cargas originadas por los equipos de producción del pozo.

Grandes profundidades necesitan el empleo de bombas de subsuelo de largos

recorridos.

La disponibilidad de los balancines va a depender fundamentalmente sobre el

diseño de los mismos. Los balancines sub-diseñados, limitan las condiciones del equipo

de producción y en consecuencia la tasa de producción del pozo. Los balancines sobre-

diseñados, poseen capacidad, carga, torque y carrera están muy por encima de lo

requerido y pueden resultar muchas veces antieconómicos.

Clasificación de los Balancines

Balancines convencionales: Estos poseen un reductor de velocidad (engranaje)

localizado en su parte posterior y un punto de apoyo situado en la mitad de la

viga.

Balancines de geometría avanzada: Estos poseen un reductor de velocidad en

su parte delantera y un punto de apoyo localizado en la parte posterior del

balancín. Esta clase de unidades se clasifican en balancines mecánicamente

balanceados mediante contrapesos y por balancines balanceados por aire

comprimido. Los balancines de aire comprimido son 35% más pequeñas y 40%

más livianas que las que usan manivelas. Se utilizan frecuentemente como

unidades portátiles o como unidades de prueba de pozo (costafuera).

Motor

Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de bombeo para

levantar los fluidos de los pozos. Este puede ser un equipo de combustión interna o

eléctrica siendo este último el de mayor utilización en la industria. La potencia del

motor depende de la profundidad de la bomba, nivel de fluido, de la velocidad de

bombeo y del balanceo de la unidad y demás características propias del pozo.

Hay dos tipos de motores usados principalmente:

Motores eléctricos

Motores de combustión interna

Varillas: Elemento de conexión entre la unidad de bombeo, instalada en la

superficie y la bomba de sub-suelo. Mediante de esta se transmite el movimiento

reciproco vertical a la bomba para el desplazamiento del fluido generalmente

15

son productos de acero y por lo tanto poseen propiedades de masa y

elasticidad. La sarta de varillas conecta la bomba de subsuelo con la varilla

pulida, su principal función es transmitir el movimiento reciprocante de la varilla

pulida de la bomba.

Cabezal del pozo:Este ensamblaje contiene prensa estopas (stuffting box) que sella sobre la barra

lisa y una te de su pericia para hacer que los fluidos del pozo lleguen a la línea de flujo.

El espacio anular de la tubería de revestimiento usualmente está conectado a través de la

válvula de cheque a la línea de flujo.

TIPOS DE UNIDADES DE BOMBEO MECANICO

Los diferentes tipos de unidades de bombeo se clasifican de acuerdo con la

distribución y localización de los elementos que integran el equipo superficial. De

acuerdo con esto se distinguen en:

a) Unidad Convencional (Clase I):

Se le conoce también como unidad convencional, esta unidad tiene el reductor

de engranes colocado en la parte trasera apoyada a la mitad del balancín. La unidad de

bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del balancín, ha sido el tipo

de unidad más usado en los campos petroleros. La rotación de los contrapesos hace que

el balancín pivotee sobre el eje del rodamiento central, moviendo la varilla pulida hacia

arriba y hacia abajo a través de sus diferentes conexiones. Los contrapesos localizados

en la manivela, son bloques pesados de hierro fundido. Estos contrapesos pueden

moverse a lo largo de la manivela para producir mayor o menor efecto de contrapeso.

Puede tener contrapesos rotativos o contrapesos en el extremo del balancín, la

rotación de los contrapesos son usados para contrarrestar el peso de la varilla de succión

y del fluido extraído.

El esfuerzo del motor principal es aplicado en el extremo del balancín y la

resistencia de la carga del pozo esta aplicada en el extremo opuesto del balancín.

b) Unidad Mark II (Clase III):

Conocida también como unidad con montaje frontal. El compensador está

colocado directamente encima del reductor y se desplaza cerca de la cabeza del balancín

produciendo una carrera ascendente y descendente de 195° y 165°, la carrera ascendente

reduce la aceleración cuando la carga es máxima con lo que se reduce la carga máxima

en la varilla pulida. Además se obtiene una ventaja mecánica al levantar la carga y el

16

factor máximo de torque se disminuye. Los contrapesos son colocados en forma

descentrada en la manivela, lo que produce que al principio de la carrera ascendente

retarde el torque del pozo y al inicio de la carrera descendente el torque de

contrabalanceo queda adelantado.

c) Unidad Aerobalanceada (Clase III):

Es la cual se emplea principalmente para bombeo profundo, en bombeo de altos

volúmenes con carreras largas y en bombeo de crudos pesados entre otros.

d) Unidad Rotaflex de Bombeo de Carrera Larga.-

Con la unidad Rotaflex, se pueden utilizar bombas a pistón en pozos donde antes

solo operaban bombas electrosumergibles o hidráulicas.

Su larga carrera de (hasta 366 pg, o 9.3 m) y la posibilidad de trabajar a muy

bajos ciclos por minuto permiten un completo llenado de la bomba y una menor carga

dinámica. Los gráficos dinamométricos revelados en los pozos que operan con Rotaflex

son similares a un gráfico de carga ideal (modelo teórico).

El bombeo con la unidad Rotaflex, reduce la carga estructural sobre el equipo,

alargando la vida útil de la instalación de fondo y de la sarta de varillas, ya que la sarta

de varillas trabaja a velocidades relativamente constantes.

e) Unidad Hidroneumática (Tieben)

La cual es una unidad de bombeo alternativo para el movimiento de varillas,

cuyo principio de funcionamiento es sobre la base de presiones hidráulicas

compensadas debido a la compresión y expansión del nitrógeno (N2), este nitrógeno se

encuentra dentro de un acumulador que soporta 2/3 de la carga total de la varilla pulida

y remplaza a los contrapesos de la unidad de bombeo mecánico convencional.

Con el principio hidroneumático se pueden levantar cargas de hasta 40,000 lbs

en la varilla pulida, con una carrera efectiva máxima de 120 pg y con hasta ocho

emboladas por minuto; estas pueden ser modificadas según las necesidades de la

operación.

DIFERENCIAS EN CUANTO A LA APLICACION Y CARACTERISTICAS DE

LOS TIPOS DE BOMBEO MECANICO

Aplicaciones y características de la unidad rotaflex de bombeo de carrera

larga:

Pozos de alto caudal y alta carga dinámica.

Pozos desviados y horizontales.

17

Pozos con alta frecuencia de intervención por problemas de fondo.

Operaciones que requieren de ahorro de energía.

La excepcional longitud de carrera y su diseño único hacen que la unidad

Rotaflex sea mucho más eficiente que otras unidades de bombeo. Los ahorros en

costos de energía oscilan entre un 15% y un 25%.

La velocidad constante y una menor cantidad de ciclos por minuto alargan la

vida útil de la

unidad de bombeo, de la bomba de fondo de pozo y de la sarta de varillas.

La longitud de carrera da lugar a menos ciclos y movimientos de reversa, lo que

otorga

mayor eficiencia y confiabilidad en el sistema.

Su carrera larga y la posibilidad de trabajar a muy bajos ciclos por minuto

permiten un completo llenado de la bomba y una menor carga dinámica.

La unidad Rotaflex se entrega totalmente armada, para facilitar su instalación y

puesta en servicio.

Una longitud de carrera más larga genera un mayor coeficiente de compresión

en la bomba, lo que minimiza los problemas de bloqueo por gas.

El sistema de inversión de movimiento es totalmente mecánico y su excepcional

confiabilidad está avalada por más de 20 años de uso en el campo.

La banda de carga para servicio pesado que conecta el sistema de potencia con la

sarta de varillas de bombeo, actúa como amortiguador de choques, lo que reduce

eficazmente la fatiga de todo el sistema, alargando su vida útil.

El pequeño radio de la corona, reduce notablemente la demanda de torque

necesaria y permite el uso de un motor y de un reductor más pequeños, que son

más económicos de operar.

Aplicaciones y características de la unidad convencional:

Aplicable en crudos pesados y altamente viscoso.

Es de fácil manejo y mantenimiento mínimo.

Aplicable a limitada profundidad y volumen a elevar.

La unidad de bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del

balancín, ha sido el tipo de unidad más usado en los campos petroleros. Un

limitante de esta unidad es su tamaño que aumenta notablemente en función a la

producción a extraer.

Aplicaciones y características de la unidad de bombeo Mark II (clase III)

18

Rango de cargas en la unidad Mark II:

Debido a que la unidad Mark II se mueve hacia arriba con 40% menos de

aceleración que la unidad convencional, su factor de impulso es (1+0.6 oo) y en la

carrera descendente es (1-1.4 oo).

La unidad Mark II reduce la carga máxima más de lo que reduce la carga

mínima, lo que significa que normalmente se tendrá un rango menor de cargas que con

la unidad convencional, lo que tiende a aumentar la vida de las varillas y a reducir la

pérdida de producción debido al menor mantenimiento por fallas de varillas. Esto se

reflejará en un ahorro en costos operacionales; otra reducción que se tiene en este tipo

de unidades es en el costo de electricidad, ya que como la demanda de torque es más

uniforme, generalmente, se requiere el uso de un motor más pequeño, el cual, si es

eléctrico, requerirá menor energía.

Aplicaciones y características de la unidad de bombeo aerobalanceada:

Aparte de las ventajas de diseño y eficiencia que tiene este tipo de unidad, tiene

más aplicaciones, principalmente para el bombeo profundo, en bombeo de altos

volúmenes con carreras largas, en bombeo de crudos pesados, etc. En muchos casos no

hay más alternativa que el uso de estas unidades, porque sería impráctico el uso de

unidades con contrabalanceo rotativo aún en los tamaños más grandes. Por ejemplo, la

unidad convencional de mayor tamaño que se construye hoy en día, es la C-1824D-365-

192. En el tipo de unidad Mark II, la más grande es la M-1824D-427-216. En cambio, la

unidad aerobalanceada se fabrica hasta el tamaño A-2560D-470-240. Esta unidad tiene

240 plg de carrera máxima con un torque de 2’560,000 lbs -plg, o sea, casi el doble de

capacidad de torque que la más grande unidad Mark II.

CONCLUSIONES

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El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casi

continua del petróleo hasta la superficie.

BIBLIOGRAFÍA

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Páginas de internet consultadas:

http://industria-petrolera.lacomunidadpetrolera.com/2009/05/bombeo-

mecanico.html

http://www.monografias.com/trabajos16/bombeo-mecanico/bombeo-

mecanico.shtml

http://www.portaldelpetroleo.com/2009/06/bombeo-mecanico-diseno.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Bombeo-Mecanico/2010687.html

http://clubensayos.com/Ciencia/Bombeo-Mecanico/30849.html

http://empleospetroleros.org/2012/08/31/sistemas-de-levantamiento-bombeo-

mecanico-convencional/

http://www.buenastareas.com/ensayos/Bombeo-Mecanico/681354.html

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