clase i bombeo mecanico
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Producción 2
Bombeo Mecánico
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Bombeo Mecánico
Su principal característica es la de utilizar
una unidad de bombeo para transmitir
movimiento a la bomba de subsuelo a
través de una sarta de varillas y mediante
la energía suministrada por un motor.
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Bombeo Mecánico
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.
Sin embargo, existen límites físicos para la aplicación en cuanto a
profundidad y caudales a levantar.
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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.
Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de
acción reciprocante, 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.
Sucker Rod Pump Principles - sample.mp4 BOMBEO MECANICO.mp4
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Bombeo Mecánico
El Bombeo Mecánico Convencional
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 recomienda en 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.
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Bombeo Mecánico
Ventajas Desventajas
- Puede ser usado durante toda la vida productiva
del pozo.
- Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gas
libre a la entrada de la bomba
- La capacidad de bombeo puede ser cambiada
fácilmente para adaptarse a las condiciones de
productividad del pozo.
- En pozos desviados la fricción entre las varillas y la
tubería puede generar fallas en el material
- Puede producir intermitentemente, a través del
uso de temporizadores y controladores remotos.
- La unidad de superficie es pesada, necesita mucho
espacio y es obtrusiva al ambiente.
- Los componentes son fácilmente intercambiables.- En sitios poblados puede representar un peligro
para las personas.
- Puede Manejar la producción de pozos con
inyección de vapor.
- Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio la
profundidad puede ser una limitante.
- Las unidades pueden cambiarse a otros pozos a
mínimos costos.
- Es eficiente, simple y fácil de operar
- Puede levantar petróleos de alta viscosidad y
temperatura.
- Puede utilizar gas o electricidad como fuente de
poder.
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• El sistema de Bombeo
Mecánico está compuesto por:
– Equipo de Superficie
(Unidad de Bombeo)
– Motor
– Varillas
– Bomba de Subsuelo
Sistema de Bombeo Mecánico
Bombeo Mecánico
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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)
Unidad de Bombeo
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CAJA REDUCTORA
CONTRAPESO
COJINETE CENTRAL
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• El Instituto Americano del Petróleo identifica de acuerdo con lageometría y forma de la estructura, tres clases de unidades debombeo mecánico: Convencional, Neumático, Mark II. De lamisma manera el API ha desarrollado un método estándar parala descripción de las unidades de bombeo:
TIPO DE UNIDADC: ConvencionalA: Balanceadas por AireB: Con Contrapeso en el BalancínM: Mark IIRM: Reverse Mark
Máxima carga de
diseño estructural en
cientos de libras.
Máximo recorrido en
pulgadas.
Máximo torque en la caja reductoraen miles pulg-lbs. Se le adiciona laletra D si la caja tiene doblereducción.
C - 320 - 256 - 100
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La función del motor es suministrar la energía que elsistema de bombeo necesita para moverse. Lapotencia del motor depende de la profundidad de labomba, el nivel de fluido, la velocidad de bombeo ydel balanceo de la unidad y demás característicaspropias del pozo.
Hay dos tipos de motores usados principalmente:
• Motores Eléctricos
• Motores de Combustión Interna
Motor
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• La sarta de varillas conectala bomba de subsuelo conla varilla pulida, suprincipal función estransmitir el movimientoreciprocante de la varillapulida a la bomba.
Varillas
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Problemas en Cabillas
Fallas por Sobretorque
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Problemas en Cabillas
Fatiga por Diseño y Operación
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Problemas en Cabillas
Fallas por H2S
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Problemas en Cabillas
Fallas por CO2
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Problemas en Cabillas
Fallas por TensiónFallas por Tensión
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Problemas en Cabillas
Fallas por Pandeo
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• Las partes básicas de la bombade subsuelo son simples, peroconstruidas con una granprecisión para asegurar suintercambiabilidad y eficiencia.
• Estas partes son:
– Barril
– Pistón
– Válvula viajera
– Válvula fija
Bombas de Subsuelo
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Pump Jack Valves Animation.mp4
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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 delgada
Tipo de barril para pistón soft packedS= de pared delgada
p= 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
El API ha desarrollado un método para la designación
de las bombas de subsuelo.
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Tipo de Bombas de Subsuelo
TPTH
RWARHA
Bombas de Tubería: son aquellas en las
cuales el barril forma parte integral de la
tubería. Esta varilla está conectada al fondo
de la tubería y corre con la sarta de la tubería
de producción.
Bombas de Varilla: Es un ensamble
completo de bombeo que va dentro del pozo,
sobre la sarta de varillas. Sólo el Nipple de
asentamiento va con la sarta de tubería de
producción a la profundidad de bombeo
deseada.
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VENTAJAS
• Diseño del sistema relativamente simple.
• Unidades fáciles de cambiar a otros pozos con costo mínimo.
• Eficientes, simples y fáciles de operar en campo. Puede utilizar bajas
presiones para su bombeo.
• Flexible, puede semejar la rata de desplazamiento a la capacidad del
pozo a medida que este declina.
• Puede levantar petróleo con altas viscosidades y temperaturas.
• Se puede cambiar fácilmente de la tasa de producción por cambio en la
velocidad de bombeo o stroke.
• Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de
supervisión de bomba.
• Se pueden usar motores a gas si la electricidad no esta disponible.
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Bombeo Mecánico
DESVENTAJAS
• No apto para locaciones urbanas.
• Pesado y voluminoso en operaciones costa fuera.
• Susceptible a las parafinas.
• La tuberia no puede ser revestida internamente para prevenir la
corrosión.
• Alta producción de sólidos.
• En pozos de gas se obtienen bajas eficiencias volumétricas.
• Limite de profundidad, debido a la capacidad de las varillas
principalmente.
• Es problemático en pozos con alta desviación.
• No funciona con producción de arena excesiva.
• La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre.
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Tipos de Balancín
• Unidad Convencional
• Unidad Mark II
• Unidad Balanceada por Aire
• Unidad Reverse Mark
• Unidad Rotaflex
• Unidades Portatiles
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Unidad Convencional
Es el más antiguo y usado en la industria
cuyos orígenes se basan en los aparatos
usados para perforar los pozos. La
rotación de la manivela puede ser en
ambas direcciones.
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Unidad Convencional
Ventajas
• Costos de mantenimiento bajos.
• Cuesta menos que otras unidades.
• Usualmente es mejor que el Mark II
con sarta de varillas de fibra de vidrio.
• Puede rotar en sentido horario y
antihorario.
• Puede bombear más rápido que las
Unidades Mark II sin problemas.
• Requiere menos contrabalanceo que
las Mark II.
Desventajas
• Podría requerir cajas de
engranaje más grandes que
otros tipos de unidad
(especialmente con varillas de
acero).
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Unidad Mark II
Se introdujo a principio de los años
60 con su revolucionario diseño que
requería menos energía que uno
convencional para levantar la misma
carga de fluidos.
Las contrapesas están colocadas en
una manivela de doble brazo
separados y opuestos a la manivela
de los pines con un ángulo de
desfase que oscila entre 19 y 28°.
Este desfasamiento hace que el
torque de las pesas se atrase
respecto al de la carga de fluidos al
comienzo de la carrera ascendente y
que se adelante al comienzo de la
descendente.
Mark II Pumping Unit.mp4
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Unidad Mark II
El Mark II, debido al desfase angular, es más rápido en la carrera descendente lo
que se traduce en mayor aceleración y menores cargas mínimas en la barra pulida.
En crudos viscosos, esta característica debe ser tomada en cuenta para evitar
velocidades que puedan generar flotación de la sarta de varillas.
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Unidad Mark II
• Tiene menor torque en la mayoría
de los casos.
• Podría costar menos (-5%, -10%)
comparada con el siguiente tamaño
en una Unidad Convencional.
• Es más eficiente que las unidades
convencionales en la mayoría de los
casos.
Ventajas Desventajas
• En varias aplicaciones, no puede
bombear tan rápido como una unidad
convencional debido a su velocidad en
la carrera descendente.
• Solo puede rotar en sentido anti
horario.
• En caso de existir golpe de fluido podría
causar mas daño a la sarta de varillas y
la bomba.
• Puede colocar la base de la sarta de
varillas en severa compresión causando
fallas por pandeo.
• Puede experimentar torques mas altos
que las unidades convencionales
cuando se usan varillas de fibra de
vidrio, además, de la posibilidad de
colocarlas en compresión
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Unidad Balanceada por Aire
Estas unidades utilizan aire comprimido para compensar la carga y en lugar de
set de pesos tienen manivelas. El sistema de aire ha sido tan simplificado que
las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón de
equilibrio. La capacidad del depósito del cilindro se agranda por medio de un
receptor de acero que se mueve con el cilindro como una unidad.
• Perfecto contrabalanceo con el torque de los pistones.
• Longitudes de carrera de hasta 20 pies para pozos con alto potencial.
• Fácil de Instalar
Air Balanced Pumpjack.mp4
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Unidad Balanceadas por Aire
Ventajas
• Es más compacta y fácil de balancear
que las otras unidades.
• Los costos de transporte son mas
bajos que otras unidades (debido a
que pesa menos) .
• Vienen en tamaños más grandes que
cualquier otro tipo de unidad.
• Puede rotar tanto en sentido horario
como anti horario.
Desventajas
• Son más complicadas y requieren
mayor mantenimiento (compresor de
aire, cilindro de aire).
• La condensación del aire en el cilindro
puede constituir un serio problema.
• La caja de engranaje podría dañarse si
el cilindro pierde la presión de aire.
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Unidad Reverse Mark
La manivela del Reverse Mark gira sólo en
sentido horario. En el campo, la
identificación se realiza con el observador
colocado al costado de la unidad con el
cabezal del pozo a su derecha.
A partir del cambio de la posición de las
contrapesas, se reduce el torque y el
requerimiento de energía. Además la
eficiencia de la bomba aumenta debido a
que el movimiento reciprocante se
reduce.
Reverse Mark.mp4
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Rotaflex
El Rotaflex esta cercano decumplir a la perfección con lasituación ideal para BombeoMecánico: carrera larga y bajavelocidad. Esta combinaciónasegura un mejor llenado de labomba y cargas parásitas muybajas (aceleración, fricciónmecánica y viscosa) y por eso,la carta de superficie de unainstalación con Rotaflex esparecida a la ideal.
Los fabricantes aseguran quelos requerimientos de torquedel Rotaflex puede ser hastaun 80% más bajo que los deuna Unidad Convencional.
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Rotaflex
Otra ventaja del Rotaflex es la facilidad para
balancearlo ya que esta operación consiste
simplemente en quitar o agregar bloques a la
caja de contrapesas. El mantenimiento es muy
bajo por ser una unidad con menos partes
móviles.
Tiene un dispositivo de seguridad que apaga el
motor y aplica el freno automáticamente si se
produce un cambio de velocidad en la unidad
que esté fuera de los valores previamente
establecidos por el operador.
Belt Drive Unit.mp4
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Unidades Portatiles
Es un trailer montado porta válvulas, de una unidad convencional de bombeo
que reduce el costo de transporte por carretera. Puede ser levantado y
totalmente funcional en pocos minutos en el sitio. Estas unidades están
disponibles para la venta, alquiler o arrendamiento. Las aplicaciones típicas
incluyen: la eliminación de los fluidos de fracturamiento, stripping de pozo,
extracción de agua, pruebas de pozos y una alternativa a las unidades de
limpieza.
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Bombeo Mecánico
Consideraciones para Bombeo Mecánico:
- Bomba de Subsuelo
- Tasa de Producción
- Manejo de Sólidos
- Profundidad y Sarta de Varillas
- Costos de Inversión
- Cargas en las varillas y cajas de engranajes
- Costos de Energía
- Eficiencia del Sistema
Bombeo Mecánico
Cartas Dinamométricas
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Cartas Dinamométricas
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Cartas Dinamométricas
Anclajes Libres o Flojos: la
válvula viajera abre durante la
carrera descendente, la carga
del fluido es transferida al
pistón provocando un
estiramiento en la sarta de
tubería.
Llenado Completo de Bomba:
Condiciones de operación
normal de la bomba
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Cartas Dinamométricas
Desgaste de Válvula o Pistón:
Cuando el pistón atraviesa la
sección desgastada, ocurre
una fuga de fluido, causando
una caída de carga de fluido.
Golpe de Bomba: Cuando el
pistón de la bomba queda
espaciado muy abajo, puede
quedar golpeando el fondo en
la carrera descendente.
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Cartas Dinamométricas
Golpe de Fluido: Cuando la
bomba se llena parcialmente
en la carrera ascendente,
debido a bajo aporte de la
formación.
Interferencia por Gas: Este
problema puede ocasionar el
bloqueo total de la bomba y el
pozo se queda sin producción.