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FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE PETROLEOS

(PCP) Bombas deCavidades Progresivas

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La bomba de cavidadesprogresivas (B.C.P) inventadaen 1932

Por el ingeniero aeronuticofrancs Rene Moineau.

Fundador de la empresa PCMPOMPES S.A. la cual tenia lapatente para la fabricacin de labomba.

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A finales de los aos 70fueron los canadiensesquienes empezaron aexperimentar con labomba como S.L.A.

en crudos pesados y conalto contenido de arena

Actualmente cuentan

con el mayor numero desistemas PCP instaladosa nivel mundial, enpozos productores depetrleo.

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A mediados de los 80comenz a evaluarse

el sistema PCP en

Venezuela

a partir de 1994 seexpande la aplicacin

del sistama PCP enLatinoamrica,especialmente Brasil,

Venezuela y Argentina.

hoy en da, se cuentacon instalaciones

exitosas en pozos decrudos con

viscosidades bajas ymedias.

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1999 Las primeras instalaciones PCP se llevaron a cabo en Campo

Mangos(Petrobras) y Campo piedras (Mercantile) .

2000 Hocol realiza pruebas en Campo San Francisco (SF-092).

2001 Petrobras realiza pruebas para el campo Guando en Gdo-1 yGdo-3 . Al mismo tiempo Hocol S.A firma contrato para implementar

el sistema PCP.

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Finales 2001

TDA representando a KUDU firma contrato

para suministro del sistema PCP paraGuando.

2003

Thetys decide completar campo rubialescon bombas de cavidades progresivas.

Camposactuales

Con PCP: San Francisco, Rio Ceibas, DinaTerciarios, Mangos, Piedras, Rubiales, Orito,Cira Infantas, Capela, y Payoa.

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Son bombas de desplazamiento positivo constituidas por dos piezaslongitudinales en forma de hlice, rotory estator, una que gira en

contacto permanente dentro de otra que esta fija, formando un engranajehelicoidal

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ROTOR

Pieza interna fabricada en acero,de alta resistencia, torneado enforma helicoidal y recubierto por

una capa fina de material resistentea al abrasin (Cromo).

Tiene como funcin principal

bombear el fluido, girando de modoexcntrico dentro del estatorcreando cavidades que progresanen forma ascendente.

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ESTATOR:

Es la parte externa, estaconstituido por una camisade acero revestidainternamente por un

elastmero (goma).

El elastmero se moldea

en forma de lbulosenfrentados entre si.

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El estator se instala en elfondo conectado a la tuberade produccin, a la vez que elrotor esta conectado a la sartade varillas.

La rotacin de la sarta por

accionamiento de una fuentede energa externa, permiteque el fluido se desplaceverticalmente hacia lasuperficie por un sistema decavidades que se abren ycierran desplazando el fluidohacia la cavidad superior, y asde forma sucesiva.

Con base a los requerimientosde potencia y energa delsistema se realiza la seleccin

de los equipos de superficie.

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VENTAJAS Ausencia de vlvulas o partes reciprocantes evitandobloqueo o desgaste de las partes mviles.

Bajos costos de inversin inicial, su inversin capital esdel orden del 50% al 25% del de las unidadesconvencionales de bombeo, debido a la simplicidad y alas pequeas dimensiones del cabezal de accionamiento.

Costos de transporte mnimos.

Su pequeo tamao y limitado uso de espacio ensuperficies, hacen que la unidad PCP sea perfectamenteadecuada para locaciones con pozos mltiples yplataformas de produccin costa fuera.

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Una de las cualidades mas importantes es su alta

eficiencia total. (eficiencias entre 50 y 60%)

Excelente para produccin en crudos altamente viscosos(2000-500000) cp.

Capacidad para manejar y producir con altos contenidosde slidos debido a la resiliencia del elastmero y almecanismo de bombeo.

Muy buena resistencia a la abrasin.

Bajo nivel de ruido y pequeo impacto visual la hace idealpara reas urbanas.

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VENTAJAS Bajos costos de energa, ahorros de energa de entre60% y 75% comparado con unidades convencionales

Amplio rango de produccin para cada modelo,rangos de velocidades recomendados desde 25 hasta500 RPM, lo que da una relacin de 20 a 1 en los

caudales obtenidos.

La tasa de bombeo puede regularse segn lasexigencias del pozo, mediante la variacin en

velocidad de rotacin en el cabezal de accionamiento.Esto se efecta con simples cambios de polea omediante un variador de frecuencia.

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LIMITACIONES La ms significativa de las limitaciones se refierea las capacidades de desplazamiento y

levantamiento de la bomba, ya que se tiene unacapacidad de desplazamiento real de hasta 2000Bls/dia (mximo de 4000 Bls/dia o 640 m3/dia)

Alta sensibilidad a los fluidos producidos(elastmeros pueden hincharse o deteriorarsecon el contacto de ciertos fluidos por perodosprolongados de tiempo), especialmente aquellosque contienen aromticos y aminas.

Resistencia a la temperatura de hasta 280F o138C (mxima de 350F o 178C).

Levantamiento neto de hasta 6.000 feet (mximo9.000 feet).

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LIMITACIONES Tendencia del estator a dao considerablecuando la bomba trabaja en seco por perodosde tiempo relativamente cortos.

Desgaste por contacto entre las varillas y latubera de produccin en pozos direccionales yhorizontales.

Opera con bajas capacidades volumtricas

cuando se producen cantidades considerablesde gas libre (evitando una buena refrigeracin).

En caso de operar a altas velocidades lossistemas se someten a altas vibraciones.

Requieren la remocin de la tubera deproduccin para sustituir la bomba (ya sea porfalla, por adecuacin o por cambio de sistema).

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1. Componentes la sarta de tubera

Tubing

Tubera de aceroque comunica labomba desubsuelo con elcabezal y la lneade flujo.

AnclaAntitorque

Es un dispositivo que

esta ubicado debajodel estator.

Su funcin es evitar elgiro del BHA y portanto evitar eldesenrosque de lasarta.

El sistema gira enSentido Horario. Elancla evita esemovimiento

Pin de ParoEs parte delcomponente de labomba y va roscado al

extremo inferior delestator.

Punto de referencia enla sarta para laubicacin del rotordentro del estator(Espaciamiento).

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EstatorSe constituye por unacamisa de acerorevestida internamentepor un elastmero(goma), moldeado enforma de lbulosenfrentados entre si..

ExtensinSuperior

Su funcin es la depermitir el movimientoexcntrico de la cabezadel rotor con su cupla oreduccin de conexin ala sarta varilla..

SeatingNipple/Hole downLa seating Nipple vaconectada a la extensinsuperior, y dentro de ella secoloca el hole down pararealizar la prueba de tubera.

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Separador deGas

Su funcin principales la de separar elgas libre antes dela admisin(entrada) de labomba, de maneraque incrementa la

eficiencia de esta.

Shear

couplingEsta ubicado en la sartacon el fin de liberarla encaso de atascamiento .Libera la sarta de varillassin someterla a fatiga.Este elemento evita elprocedimiento de back-off.

Rotador detubera y swivel

Rota la tubera, de maneraque el desgaste generado porla varilla se distribuyeigualmente en toda el rea dela tubera. La tubera duraramas tiempo.

El rotador de tubera trabajaen conjunto con la swivel yaque esta permite que gire latubera sin girar la bomba.

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Ancla Modelo Excalibre:

Contacto con el revestimiento entres puntos

Ancla Modelo TorqstopperII:

Contacto con el revestimiento enun solo punto

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2. Elementos de la sarta de varilla de bombeo

RotorEste consiste en una hliceexterna con un rea de seccintransversal redondeada, tornadaa precisin hecha de acero conuna capa de cromo para darlemayor resistencia contra laabrasin. Se conecta a la sarta

de varillas las cuales letransmiten el movimiento derotacin desde la superficie.

Tiene como funcin principalbombear el fluido girando demodo excntrico dentro delestator, creando cavidades queprogresan en forma ascendente.

Pony rodEs muy importante instalarun pony inmediatamente porencima del rotor ya que sedobla menos que una varillacuando gira a velocidadessuperiores a las 250 RPM,

causando adems que lavarilla roce contra lasparedes de la ltima tuberade produccin.

Varillas deBombeo API

Son varillas de acero,enroscadas unas con otraspor medio de cuplas,formando la sarta, que vadesde la bomba hasta lasuperficie.Los dimetros mximosutilizados estn limitadospor el dimetro interno delos tubings. Su longitudpuede ser de 25 a 30 ft.

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Varillas de Bombeono convencionales

Estn conformadas porvarillas huecas, las cualestienen mayor capacidad detransmisin de torque.

Tambin existen las varillas

continuas, las cuales puedenser operadas con un mayordimetro, no tiene cuplas loque permite un menordesgaste entre varillas ytubings.

Barra lisa

Se encuentra en el extremosuperior de la sartaenroscado a las varillas, elcual va empaquetado ensuperficie, por medio de undispositivo prensa`.

Todo esto se conecta alpuente de produccin.

Centralizador

El tipo de centralizadores esel nosoldado. Empleado enel cuerpo de la varilla, lo cuallos convierte en unaverdadera proteccin para el

tubing y para la varillapropiamente dicha.

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Coupling Clase T: Utilizado endonde ni corrosin ni abrasin esesperado.

Coupling Tipo Hi-T: Utilizado en

aplicaciones de alto torque

Subcoupling: Utilizado para cambiarde dimetro del pin. Se puedenutilizar sobre pony rod, varillas y barra

lisas.

Coupling PR: Utilizado para conectarla barra lisa por la ausencia deespejo.

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Los equipos de superficie deben ser capacesde proveer la energa requerida por el sistema.Esto significa que deben ser capaces de:

Suspender la sarta de varillas y soportar lacarga axial del equipo de fondo.

Entregar el torque requerido a la barra lisa.

Rotar la barra lisa a la velocidad requerida deforma segura.

Prevenir la fuga de fluidos en la superficie

Los componentes de superficie se dividen en tres

sistemas que son: Cabezal de rotacin

Sistema de transmisin

Sistema de frenado

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Este es un equipo de accionamiento mecnico instalado en la superficiedirectamente sobre la cabeza de pozo.

Un sistema derodamientos ocojinetes quesoportan la cargaaxial del sistema

Un ensamblaje deinstalacin que incluye elsistema de empaque(stuffing box) para evitar

la filtracin de fluidos atravs de las conexionesde superficie.

Un sistema de freno(mecnico ohidrulico) que puedeestar integrado a laestructura delcabezal o ser undispositivo externo

El pes de la sartade varillas se hallasuspendido a una

grampa, provisto de

cuatro pernos

Adems, algunos cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado porengranajes mecnicos o poleas y correas.

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Como su nombre lo indica, los VSDtienen la capacidad de transformar laenerga de corriente alterna requeridapor el motor elctrico produciendo unaseal de salida con frecuencia 60Hz, a

una frecuencia deseada por el usuario.

Con la utilizacin de software deaplicacin para PCP, el VSD seconvierte en una herramienta de:

1.Control de velocidad. 2.Control de torque.

3.Monitoreo.

4.Proteccin del sistema.

5.Diagnostico.

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EL sistema de transmisin se conoce como el dispositivo utilizado para transferir laenerga desde la fuente de energa primaria (motor elctrico o de combustin interna)hasta el cabezal de rotacin. Existen tres tipos de sistema de transmisintradicionalmente utilizados:

Sistema con poleas y correasSistema de transmisin a

engranajes

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La segunda funcin importante del cabezal es la de frenado que requiere el sistemacuando hay rotacin en marcha inversa, llamado Back-Spin. Cuando un sistema PCPesta en operacin, una cantidad significativa de energa se acumula en forma detorsin sobre las varillas. Si el sistema se para repentinamente, la sarta de varillas debombeo libera esa energa girando en forma inversa para liberar torsin.

Al perder el control del Back-Spin, lasaltas velocidades pueden causar severosdaos al equipo de superficie,desenrosque de la sarta de varillas yhasta la rotura violenta de la polea elcabezal, pudiendo ocasionar esta

situacin daos severos al operador

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TIPOS DE SISTEMASDE FRENO

ACCIONAMIENTO HIDRAULICO: Es un sistema integrado al cuerpo del

cabezal que consiste en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal quegira libremente en el sentido de las agujas del reloj. Al ocurrir el Back-Spin, el plato acciona un mecanismo hidrulico que genera resistencia almovimiento inverso, lo que permite que se reduzca considerablemente lavelocidad inversa y se disipe la energa acumulada.

ACCIONAMIENTO MECANICO: Compuesto tradicionalmente de unsistema de disco y pastillas de friccin, accionadas mecnicamentecuando se ejecuta el giro a la inversa.

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Seleccin de la Bomba

Capacidad de LevantamientoCapacidad Volumtrica

Curvas de ComportamientoTipo de Elastmero

Geometra

Seleccin de las VarillasCargas, Torque, FuerzasContactos Cabilla/Tubing

Potencia, Torque yVelocidad Requeridos

en Superficie

Seleccin del Equipo de SuperficieCabezal de rotacin

Relacin de Transmisin

Motor, Variador

DISEO FINALDEL SISTEMA

Geometra del Pozo

Tipo y Curvatura

Configuracin del PozoDimensiones

Casing, Tubing, varillasLimitaciones Mecnicas

Propiedades del FluidoTemperatura, Densidad, Viscosidad

Contenido de Agua y ArenaContenido de H2S y CO2

Otros Componentes

Condiciones del YacimientoComportamiento IPRTasa de Produccin

Presin de Fondo FluyenteNivel de Fluido Dinmico

RGP Producida

Produccin yLevantamiento

Requeridos

Presin de DescargaPresin de EntradaPrdidas de Presin

Profundidad de Asentamiento

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Para laseleccin de

una bomba losdos puntoscrticos de

diseo son:

Suficiente capacidadde desplazamiento

para obtener laproduccinrequerida.

Suficiente capacidadde presin para

superar ellevantamiento neto

requerido por elsistema.

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La bomba se debe disear y seleccionar de manera quetenga capacidad de producir la tasa requerida a lascondiciones de operacin:

Donde:

Qdiseo = Tasa de Diseo (m3/da o Bls/da)Qrequerida = Tasa Requerida (m3/da or Bls/da)

= Eficiencia Volumtrica de la Bomba (%)

=100

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La tasa de flujo de diseo siempre ser mayor a la tasarequerida debido a las ineficiencias del sistema:

Donde:

Vmnimo = Desplazamiento Mnimo Requerido

(m3/da/rpm o Bls/da/rpm)Qdiseo = Tasa de Diseo (m3/da o Bls/da)

N= Velocidad de Operacin (rpm)

=

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La capacidad mnima de presin requerida es determinada por ellevantamiento neto necesario, es decir, la diferencia entre lapresin de descarga y la de entrada:

Donde:

Pneto = Levantamiento Neto Requerido (kPa o psi)Pdescarga = Presin de Descarga (kPa o psi)

Pentrada = Presin de Entrada (kPa o psi)

=

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La presin de entrada de la bomba es determinada por laenerga del yacimiento (comportamiento IPR). Puedecalcularse como:

Donde:

Pentrada = Presin de Entrada (kPa o psi)

Pcasing= Presin de Superficie del Anular (kPa o psi)Pgas = Presin de la Columna de Gas (kPa o psi)

Plquido = Presin de la Columna de Lquido (kPa o psi)

= + +

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La presin de descarga es determinada por elrequerimiento de energa en la superficie y la configuracinmecnica del pozo:

Donde:

Pdescarga = Presin de Descarga (kPa o psi)

Ptubing= Presin de Superficie (kPa o psi)Plquido = Presin de la Columna de Lquido (kPa o psi)

Pprdidas = Prdidas de Flujo (kPa o psi)

= + +

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La presin de la columna de lquido o gas puede sercalculada como:

Donde:

Pcolumna = Presin de la Columna de Luido o Gas(kPa o psi)

H= Altura Vertical de la Columna (m or pies) = Densidad del Fluido (kg/m3 or lbs/pie3)

C= Constante (SI: 9,81E-3 o Ingls: 6,94E-3)

=

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Prdid

asdeFlujoes

afectadapor:

La viscosidad del fluido.

Comportamiento de flujo en la

tubera de produccin.

Comportamiento de flujo atravs de los acoples,

centralizadores y guas de la

sarta de varillas.

Tasas de flujo elevadas

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Rango recomendado de Velocidad vs. Viscosidad

Viscosidad Velocidad ptima Velocidad Mximacentipoise rpm rpm

< 500 200 500500 - 5000 150 400

> 5000 100 250

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Datos del pozo

Tamao del Revestimiento: 5 pulg. (127 mm)

Profundidad de Asentamiento: 2789 pies (850 m)

Tasa de Flujo Esperada: 226 Bls/da (36 m3/da)

Nivel de Fluido Dinmico: 2215 pies (675 m)Viscosidad de Fluido: 2400 cp.

Densidad del Fluido: 61.1 lbs/pie3 (980 kg/m3)

Eficiencia de la BCP: 80%

Densidad del Gas: 0.42 lbs/pie3 (0.67 kg/m3)

Presin de Casing: 60 psi (414 kPa)

Presin de Tubing: 80 psi (552 kPa)

Relacin Gas-Petrleo: 56 PCN/BN (10 m3/m3)

Prdidas de Flujo: 377 psi (2600 kPa)

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Bomba # 1 Bomba # 2 Bomba # 3 Bomba # 4

Presin Mxima 1305 psi9000 kPa

1740 psi12000 kPa

1595 psi11000 kPa

1740 psi12000 kPa

Dimetro Externo 4,13 pulg

105 mm

4,25 pulg

108 mm

4,53 pulg

115 mm

3,54 pulg

90 mmExcentricidad 0.274 pulg

6,97 mm0.186 pulg4,72 mm

0.243 pulg6,16 mm

0.214 pulg5,43 mm

Dimetro de Rotor 1,49 pulg37,9 mm

1,49 pulg37,9 mm

1,69 pulg43 mm

1,57 pulg40 mm

Paso del Estator 6,3 pulg160 mm

12,6 pulg320 mm

10,3 pulg262 mm

6,3 pulg160 mm

Desplazamiento 1,75 Bl/d/rpm0,28 m3/d/rpm

2,05 Bl/d/rpm0,33 m3/d/rpm

2,50 Bl/d/rpm0,40 m3/d/rpm

1,25 Bl/d/rpm0,20 m3/d/rpm

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1. Restricciones con el Tamao del Casing: La bomba #3 excede las dimensiones internas del casing.

2. Presin de Levantamiento de la Bomba: Pentrada = 414 kPa + (675 m)(0,67 kg/m3)(9,81E-3) + (175 m)(980 kg/m3)(9,81E-

3)

Pentrada = 414 kPa + 4,43 kPa + 1682 kPa

Pentrada = 2101 kPa (305 psi)

Pdescarga = 552 kPa + (850 m)(980 kg/m3)(9.81E-3) + 2600 kPa

Pdescarga = 552 kPa + 8171 kPa + 2600 kPa

Pdescarga = 11323 kPa (1642 psi)

Pneto = 11323 kPa - 2101 kPaPneto = 9222 kPa (1337 psi)

La Bomba # 1 no cumple con la exigencia mnima de levantamiento.

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3. Desplazamiento de la Bomba: Qdiseo = (100) 36 m3/da

80%

Qdiseo = 45 m3/da (283 Bls/da)

Viscosidad = 2400 cp., velocidad ptima recomendada = 150 rpm

Vmnima = 45 m3/da150 rpm

Vmnima = 0.3 m3/da/rpm (1,875 Bls/da/rpm)

La Bomba # 4 no cumple con la exigencia mnima de desplazamiento

LA MEJOR OPCIN ES LA BOMBA #2

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AA : Se refiere al nmerode etapas de cadabomba. Cada etapalevanta una presin de100 psi. Esta presin esla mxima delevantamiento.

BB : Dimetro menor delrotor expresado en mm.Este valor NO se puedetomar como el drift.

CCCC : Caudal de labomba a 500 rpm. Estevalor es eldesplazamiento de labomba.

Bombastubulares

AA.BB-CCCC

IM : Hace referencia alas bombas insertables

Bombasinsertas

AA.BB-CCCCIM

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18.40-600

Bomba PCP

tubular de 18etapas (1800psi)

40 mm de ODdel rotor

600BFPD/500rpm

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18.35-500 IM

Bomba PCPinsertable de18 etapas(1800 psi)

35 mm de ODdel rotor

500BFPD/500rpm

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Paso del Estator Paso del rotor en geometra 1:2 = 1/2 paso del estator

Paso del rotor en geometra 2:3 = 2/3 paso del estator

Paso del Rotor

Paso del Estator

CavidadCerrada

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Lobular simple Geometra 1:2

Multilobular Geometra 2:3, 3:4

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Generacin del corte transversal de la geometra PCP

d

d/2

dd/2

Dimetro Mayor (D)d : Dimetro Menor

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Generacin de la geometra PCP tridimensional

LBULO SIMPLE: Elcentro de la seccintransversal NO es elmismo centro del rotor.

MULTILBULOS: El centro de la seccin transversal SIes el mismo centro del rotor.

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Excentricidad Distancia entre el

eje central delrotor y el ejecentral delestator.

Excentricidad

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Excentricidad El rotor gira sobre su propio eje hacia la derecha con una

velocidad de rotacin N .

El rotor gira excntricamente sobre el eje del estator ensentido contrario a una velocidad N x nmero de lbulos.

Centro del Rotor Centro del Estator

E

Centro del Estator

Centro del Rotor

N

2N

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Cada ciclo de rotacin del rotor produce dos cavidades de fluido .La seccin de esta cavidad es:

= 4 =

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El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vueltadel rotor (es funcin del rea y de la longitud de la cavidad),V (Bbl/D/RPM), E = pulg, dr= pulg, Ps= Pulg, K = Constante 0.0594:

= = 4

En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a lavelocidad de rotacin N = RPM:

= = 4 N

Velocidad de flujo en pulgadas/seg,

v = [Q (2(4e + dr )2+ Ps2)] / (V K)

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La capacidad delevantamiento neto de

las PCP es funcindirecta del nmero de

cavidades (etapas de labomba) o lneas de sello.

A mayor nmero de

etapas, mayor capacidadde levantamiento .

Las lneas de selloRotor-Estator puedenser deformadas por la

presin diferencial entreetapas, permitiendo el

deslizamiento del fluidoentre cavidades

.

Este DESLIZAMIENTOresulta en una prdida oreduccin del volumen

total producido..

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La eficiencia de levantamiento ser funcin principalmentede:Nmero de Etapas

Dureza del Elastmero

Longitud del Paso del Rotor

Interferencia entre Rotor y Estator

Cuando la presin de la cavidad deforma la lnea desello, se separa el estator del rotor permitiendo eldeslizamiento del fluido de una cavidad a lainmediatamente inferior.

El DESLIZAMIENTO puede ser definido como: Una reduc cin enla tasa de flujo como c ons ecuencia de una presin diferencialmayor a la pres in atmos frica, y es ind epend iente de lavelocidad de op eracion.

PRESION YDESLIZAMIENTO DE

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DESLIZAMIENTO DELA BOMBA

Capacidad delevantamiento, o

nmero de lneas desello

Viscosidad del FluidoAjuste de interferencia

Rotor-Estator, el cuales funcin de:

Tamao del rotor.

Expansin trmica delelastmero

Hinchamiento qumicodel elastmero

La cantidad de deslizamientoes determinada por la presin

diferencial a travs de labomba, y bsicamentedepende de:

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Curva de comportamiento tpica

0

20

40

60

80

100

0 400 800 1200 1600 2000

Presion Diferencial (psi)

EficienciaVolumetrica(%) 20% Slip

100% Slip

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Deslizamiento vs. Nmero de Lneas de Sello

0 50 100 150

0 30 60 90 120 150

EficienciaVolumtrica = 60%

Eficiencia Volumtrica = 80%

Ajuste de interferencia de 0,010 pulgadas

Ajuste de interferencia de 0,010 pulgadas

BOMBA #1

BOMBA #2

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Deslizamiento vs. Nmero de Lneas de Sello

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250

Presion Diferencial (psi)

EficienciaVolumet

rica(%)

Bomba #1

Bomba #2

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Deslizamiento vs. Ajuste de Interferencia

0 30 60 90EficienciaVolumtrica = 60%

Ajuste de inteferencia de 0.010 pulgadas

BOMBA #1

0 50 100 150

Eficiencia

Volumtrica = 80%

Ajuste de interferencia de 0.020 pulgadas

BOMBA #2

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Deslizamiento vs. Ajuste de Interferencia

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250

Presion Diferencial (psi)

EficicienciaVolum

etrica(%)

Bomba #1

Bomba #2

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Tenemos una PCP con capacidad volumtrica de 1bls/d/rpm probada @ 300 rpm; con 70% de eficienciaa el levantamiento neto requerido.

La produccin terica ser:1 Bls/da/rpm x 300 rpm = 300 Bls/da

Si la eficiencia es 70% la produccin real ser:300 Bls/da/rpm x 0,7 = 210 Bls/da

Entonces, el deslizamiento es este caso ser:300 Bls/da - 210 Bls/da = 90 Bls/da

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Si la bomba corre a 100 RPM:

Produccin Terica:

1 Bls/da/rpm x 100 rpm =

100 Bls/da

100 Bls/da - 90 Bls/daslip =10 Bls/da

Entonces, la Eficiencia

Volumtrica ser:

10 Bls/da / 100 Bls/da =10 % de Eficiencia

Si la bomba corre a 400 RPM:

Produccin Terica:

1 Bls/da/rpm x 400 rpm =

400 Bls/da

400 Bls/da - 90 Bls/daslip =

310 Bls/da

Entonces, la Eficiencia

Volumtrica ser:

310 Bls/da / 400 Bls/da =

77,5 % de Eficiencia

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Al transmitir la rotacin al rotor desde superficie a travs de las varillas debombeo, la potencia necesaria para elevar el fluido me genera un torque elcual tiene la siguiente expresin:

= 5252

=

= ( )

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= + +

El torque requerido tiene la siguiente composicin.

Torque hidrulico, es la energa requerida para vencer la presindiferencial a travs de la bomba.

Torque por friccin en bomba, friccin entre rotor y estator. Esteparmetro se puede obtener de la mediciones realizadas en un test debanco, a 0 psi.

Torque resistivo, friccin entre varillas y tubing. El mximo torque resistivoesta en boca de pozo

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Thydrulico =Torque Hidrulico (N*m o lbs*pie)

C=Constante (SI: 0,111 o Imperial: 8,97E-3)

V=Desplazamiento (m3/da/rpm o Bls/da/rpm)

Pneto=Presin Diferencial (kPa o psi)

Thydrulico= CV Pneto

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La Potencia requerida para mover la bomba es una funcin directa deltorque total.

Pbomba =Potencia de la Bomba (kW o HP)C=Constante (SI: 1,05E-4 o Imperial: 1,91E -4)

N=Velocidad de Operacin (rpm)Ttotal=Torque Total (N*m o lbs*pie)

=

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Elastmero

Son la base del sistemaPCP; los elastmerosson polmeros de alto

peso molecular en formade espiral que estnadherido a un tubo deacero el cual forma el

estator.

Tienen la particularidadde ser estirado un

mnimo de dos veces sulongitud y recuperarinmediatamente sudimensin original

De su correctadeterminacin y su

interferencia con el rotordepende en gran medida

la vida til de la PCP.

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Resistencia a la fatiga;hasta 500.000.000 deciclos acumulados dedeformacin cclica

Elasticidad; Fuerzanecesaria por unidad de

superficie para estirar unaunidad de longitud

(resistencia a la presin).

Dureza Shore A: fuerzarequerida para deformar lasuperficie del elastmero.

(58 a 78 ptos)

Resilencia: velocidad paravolver a la forma original,para poder volver a sellar

las cavidades.

Resistencia a la abrasin;prdida de material por

abrasin.

Resistencia aldesgarramiento

Permeabilidad; para evitarla descompresin

explosiva, en paros deproduccin de pozos congas libre en la succin de

la bomba.

Buena resistencia qumicaa los fluidos a transportar

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CONTENIDODE NITRILO

El contenido deAcrilonitrilo esgeneralmente la

primera

consideracincuando se diseaun componente de

caucho.

Adems, debenincluirse de 10 a20 ingredientes

para la elaboracindel polmero

Debido a estasvariaciones, cada

producto comercialtendr diferentes

propiedadesdependiendo de la

formulacinutilizada.

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Cadenas de carbono cerradas no saturadas, que producen reacciones qumicas con elNBR.

Se evapora fcilmente.La agresividad de los aromticos aumenta con la temperatura.Efecto: Reblandecimiento e hinchamiento de la goma.

Disolventes

Aromticos

*Ataca el enlace triple del ACN.*Tambin ataca el enlace doble del butadieno.*Efecto; enlaces cruzados que estrechan el elastmero, lo ponen quebradizo y lo rompen.

AcidoSulfhdrico

H2S

Efecto; endurecimiento e hinchamiento de la goma.Dixido deCarbono CO2

El ACN aumenta la dureza del caucho y por consiguiente el desgaste del rotor.

Se realizan cauchos con bajo contenido de ACN para petrleos viscosos acompaadoscon arenas de formacin.

Abrasin

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Todos los cauchos absorben agua y se hinchan

Todos los cauchos son olefilos; al absorber petrleo los protege del agua,se puede bombear fluidos con el 99 % de agua.

Agua

En paros de produccin produce descompresin explosiva.

< Permeabilidad del elastmero > efecto de descompresin.

A menor concentracin ACN mayor es la permeabilidad.

FKM Y HNBR : Alta permeabilidad pero poca resistencia al CO2 Libre.

Gas Libre

Aumenta la susceptibilidad a los ataques qumicos

Aumenta en forma lineal el hinchamiento por absorcin de lquidos.

Elastmeros especiales tienen mayor resistencia a la temperatura

Temperatura

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% =

La eficiencia volumtrica de labomba se calcula como larelacin entre el caudal real de la

bomba y el caudal terico.

La eficiencia volumtrica es unindicador del comportamiento de labomba, si sta es igual al 100%significa que la capacidad de la

bomba es igual al desplazamientopor unidad de tiempo

mientras que si es igual a cerosignifica que la capacidad es cero y elescurrimiento es igual al

desplazamiento de la bomba.

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El escurrimientoes denominado

como la cantidadde fluido que seescapa a travsde las holguras

internas de labomba porunidad de tiempo

Cuando la bomba se coloca en elpozo, el efecto de temperatura y el

contacto con los fluidosproducidos hace que el

elastmero se expanda, lo cualaumenta la interferencia,reducindose el efecto de

escurrimiento e incrementando laeficiencia volumtrica de bombeo.

El escurrimiento serelaciona con la

capacidad de la bomba yTericamente esta en

funcin de la geometrade los componentes de labomba, del tipo de fluidomanejado y la diferencia

de presin por etapa,pero independiente de lavelocidad de operacin.

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Efecto de escurrimiento sobre la eficiencia volumtrica dela bomba

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Numero de etapas

Viscosidad del fluido

Dureza del elastmero

Longitud del paso delrotor

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A medida que exista mayor capacidadde elevacin (mayor numero deetapas) se tendr menor escurrimientoy mayor eficiencia volumtrica

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A medida que el ajuste entre elrotor y estator es mayor, ser

mas difcil que el fluido se

deslice a travs de las lneas desello a una presin diferencialdada, disminuyendo las

perdidas por escurrimiento.

Pero un torque de friccin muy

alto podra conducir a ladestruccin del elastmero.

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La eficiencia inicial menor enel caso de fluidos masviscosos se debe a que elrea de flujo transversal se veafectada por la adherenciadel elemento mas viscoso alas paredes tanto del estator

como del rotor.

Sin embargo se observacomo la eficiencia semantiene cte a mayorespresiones para fluidosviscosos

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El banco de pruebas es usado para cuantificar el comportamiento dela eficiencia volumtrica y el torque total requerido por la bomba enfuncin de la presin diferencial a travs de ella.

En caso de bombas nuevas, estos resultados son utilizados paraseleccionar las dimensiones apropiadas del rotor para una aplicacinespecifica.

En caso de bombas usadas, los resultados dan una idea del cambioen su comportamiento despus de su aplicacin en el camposirviendo como gua para identificar posibles fallas ocurridas osencillamente, clasificar la bomba para su eventual reutilizacin.

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Causas: Prdida de las correas y/o poleas

Problema elctrico Motor sub-dimensionado

Soluciones: Ajustar correas y poleas a las especificaciones del fabricante.

Realizar diagnstico elctrico para determinar fallas

Redimensionar el motor

SIN PRODUCCIN, SIN ROTACIN DE LA BARRA PULIDA

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Causas: Produccin de diseo sobre-

estimada

Restriccin en la entrada de labomba

Alta GOR Rotor sobre-espaciado Hueco en la tubera

Preforaciones tapadas Bajo aporte debido a alta

viscosidad del fluido

BAJO APORTE DEL POZO CON VELOCIDAD Y TORQUE

CORRECTOS

Soluciones:Realizar nuevas pruebas deproduccin y ajustar el diseo

Flush-by; Circulacin del pozoSumergir la bomba, instalarseparador de gasRe-espaciar el rotorReemplazar partes quemadas odaadas

Disminuir la velocidad de labomba o instalar bombas demayor capacidad

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Causas:

Alto GOR Produccin intermitente de arena o slidos a travs de la bomba

Bajo nivel de fluido (bomba trabajando en vaco)

Soluciones: Sumergir la bomba; instalar separador de gas

Reposicionar la bomba sobre las perforaciones; usar filtros o rejillas

PRODUCCIN ESPORDICA CON VELOCIDAD Y TORQUENORMALES EN LA BARRA PULIDA

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Causas: El rotor trabaja en contacto con el pin de paro

Alta produccin de arena y/o slidos

Hinchamiento del elastmero (incompatibilidad con fluidos)

Dao Rotor/Estator

Soluciones: Reposicionar el rotor

Revaluar compatibilidad entre fluidos y elastmero Usar bombas de mayor capacidad con menor interferencia

PRODUCCIN ESPORDICA CON BAJA VELOCIDADY ALTO TORQUE

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Sin produccin con Cabezal Parado por Alto Torque Causas:

Hinchamiento del elastmero (incompatibilidad con fluidos)

Bomba arenada Pedazos de goma desprendidos dentro de la bomba

Problema elctrico

Problemas mecnicos con el cabezal

Soluciones:

Reevaluar compatibilidad entre fluidos y elastmero Flush-by; circulacin del pozo

Diagnstico elctrico y mecnico para descartar fallas

SIN PRODUCCIN CON CABEZAL PARADO PORALTO TORQUE

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Causas: Restriccin en la entrada de la bomba

Alto GOR

Rotor espaciado muy alto

Hueco en tubera

Perforaciones tapadas

Estator y/o rotor daados

Varillas partidas o sueltas (barra pulida rota)

Bajo nivel de fluido (bomba trabajando en vaco) Bomba sentada muy arriba; rotor partido

SIN PRODUCCIN CON VELOCIDADCORRECTA Y BAJO TORQUE

Soluciones:Flush-by; circular pozoProfundizar bomba; instalarseparador de gasRe-espaciar el rotorRemplazar parte quemadas odaadasReasentar la bomba segn las

condiciones del pozoDisminuir velocidad de operacin;instalar bombas ms pequeas (enel caso de bajo nivel de fluido)

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Causas: Restriccin en la entrada de la bomba Alto GOR Rotor posicionado muy alto

Hueco en tubera Perforaciones tapadas Tubera partida o despegada Rotor y/o estator daado (quemado) Bajo nivel de fluido (bomba trabajando en

vaco) Bajo aporte debido a alta viscosidad de

fluido Bomba asentada muy alta Rotor partido

BAJA PRODUCCIN CON VELOCIDADCORRECTA Y BAJO TORQUE

Soluciones:Flush-by; circular pozoSumergir la bomba; instalar

separador de gasReposicionar el rotorReemplazar partes quemadaso daadasDisminuir velocidad deoperacin; instalar bombas

ms pequeas (bajo nivel defluido)Reposicionar la bomba segngeometra del pozo

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Causas: Alta produccin de arena y/o slidos

Hinchamiento de elastmero(incompatibilidad con fluidos)

Rotor y/o estator daados

Bomba arenada

Pedazos de goma desprendidos dentro

de la bomba Bajo nivel de fluido (bomba trabajando

en vaco)

BAJA PRODUCCIN CON BAJA VELOCIDAD YBAJO TORQUE

Soluciones:Flush-by; circular pozo

Reevaluar compatibilidad entrefluidos y elastmeroreemplazar partes quemadas odaadasDisminuir velocidad deoperacin; instalar bombas ms

pequeas (en caso de bajo nivelde fluido)

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Causas: Varillas partidas o sueltas (barra pulida partida)

Tubera partida o desprendida

Soluciones: Reemplazar partes rotas o daadas

SIN PRODUCCIN CON BAJO TORQUE Y SIN BACK-SPIN

Causas: Hueco en tubera

Varillas partidas o sueltas (barra pulida partida) Tubera partida o desprendida

Soluciones: Reemplazar partes rotas o daadas

SIN PRODUCCIN CON TORQUE Y VELOCIDADNORMALES

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Causas: Rotor trabajando en contacto con el pin de

paro

Alta produccin de arena y/o slidos

Hinchamiento de elastmero(incompatibilidad con fluidos)

Rotor y/o estator daado

Bajo nivel de fluido (bomba trabajando envaco)

Restriccin de flujo en la tubera (altapresin de descarga)

Produccin de fluidos de alta viscosidad

Bajo Aporte del Pozo con velocidad Correcta y AltoTorque

Soluciones:Reposicionar el rotorRevaluar compatibilidad entreestator y fluidos

Disminuir velocidad; instalarbombas ms grandes (en el casode alta produccin de arena)Flush-by; circular pozoDisminuir velocidad; instalarbombas ms pequeas (en el casode bajo nivel de fluido)Revaluar diseo de sarta de varillas(instalar tuberas ms grandes)

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Causa

- Deformacin cclica excesiva del elastmero- Interferencia entre rotor y estator alta, debido a unaseleccin no adecuada o por incremento de la misma debidoa hinchamiento del elastmero.- Elastmero sometido a alta presin- Alta temperatura/ poca disipacin del calor

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Temp C

Esta falla se caracteriza por el desprendimientodel elastmero en la lnea de sello entre rotor yestator.

Al realizar un corte transversal, se puede observarla zona endurecida en el centro del lbulo. Amedida que comienza a endurecerse, aumenta elajuste entre rotor y estator, lo que agudiza lainterferencia y por ende aumenta la temperaturadebido a la resistencia mecnica a la deformacin

cclica.

Este es el ciclo de Histresis la cualtermina con el incremento del torquepor friccin entre rotor y estator, ycontina con la rotura del elastmerouna falla en las varillas de bombeoen caso de no soportar ese torque.

Temp C

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Seleccionar la mejor combinacin rotor-estator (interferencia)

Dependiendo las condiciones de temperatura de fondo de

pozo, % de agua y tipo de petrleo, debera considerarse quepor mas que en superficie el ensayo de la bomba presente %de eficiencias volumtricas bajos (generalmente se ensayacon agua), en condiciones de presin y temperatura de fondode pozo, el conjunto rotor-estator se ajustar y recuperarsello mejorando la eficiencia volumtrica. .

Seleccionar elastmeros con menor contenido de Acrilo-Nitrilo, ya que si bien este ayuda a darle propiedades paraque resistan los hidrocarburos, le quita propiedades elsticas,favoreciendo al fenmeno de histresis.

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