producción 2 (bombeo mecanico)

Producción 2

Bombeo Mecánico

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Bombeo Mecánico

Su principal característica es la de utilizaruna unidad de bombeo para transmitirmovimiento a la bomba de subsuelo através de una sarta de cabillas ymediante la energía suministrada por unmotor.

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Bombeo Mecánico

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

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

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Bombeo Mecánico

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

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

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

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Bombeo Mecánico

El Bombeo Mecánico Convencionaltiene su principal aplicación en elámbito mundial en la producción decrudos pesados y extra pesados,aunque también se usa en laproducción de crudos medianos ylivianos.

No se recomienda en pozosdesviados y tampoco esrecomendable cuando laproducción de sólidos y/o larelación gas – líquido sea muy alta,ya que afecta considerablemente laeficiencia de la bomba.

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Bombeo Mecánico

Ventajas Desventajas

- Puede ser usado durante toda la vida productivadel pozo.

- Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gaslibre a la entrada de la bomba

- La capacidad de bombeo puede ser cambiadafácilmente para adaptarse a las condiciones deproductividad del pozo.

- En pozos desviados la fricción entre las cabillas y latubería puede generar fallas en el material

- Puede producir intermitentemente, a través deluso de temporizadores y controladores remotos.

- La unidad de superficie es pesada, necesita muchoespacio y es obtrusiva al ambiente.

- Los componentes son fácilmente intercambiables.- En sitios poblados puede representar un peligropara las personas.

- Puede Manejar la producción de pozos coninyección de vapor.

- Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio laprofundidad puede ser una limitante.

- Las unidades pueden cambiarse a otros pozos amínimos costos.

- Es eficiente, simple y fácil de operar

- Puede levantar petróleos de alta viscosidad ytemperatura.

- Puede utilizar gas o electricidad como fuente depoder.

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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

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La función de la unidad de bombeo es convertir elmovimiento rotatorio del motor principal en movimientoascendente y descendente de la sarta de varillas. Estemovimiento es denominado recorrido.

La Unidad de Bombeo está compuesta por:

• Caja Reductora (Gear Reducer)

• Contrapesos (Counterweight)

Unidad de Bombeo

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ecánico PARTES DE UNIDAD DE BOMBEO

MECÁNICO CONVENCIONAL

CAJA

REDUCTORA

CONTRAPESO

COJINETE

CENTRAL

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• El Instituto Americano identifica de acuerdo con la geometría yforma de la estructura, tres clases de unidades de bombeomecánico: Convencional, Neumático, Mark II. De la mismamanera el API ha desarrollado un método estándar para ladescripción de las unidades de bombeo.

TIPO DE UNIDAD

C: Convencional

A: Balanceadas por aire

B: Con contrapeso en el balancín

M: Mark II

RM: Reverse Mark

Máxima carga de

diseño estructural en

cientos de libras.

Máximo Recorrido en

pulgadas.

Máximo torque en la caja reductora

en miles pulg-lbs. Se le adiciona la

letra D si la caja tiene doble

reducción.

C - 320 - 256 - 100

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• La función del motor es suministrar la energía queel sistema de bombeo necesita para moverse. Lapotencia del motor depende de la profundidad dela bomba, nivel de fluido, de la velocidad debombeo y del balanceo de la unidad y demáscaracterísticas propias del pozo.

• Hay dos tipos de motores usadosprincipalmente:

• 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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Fatiga por Diseño y Operación

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Fallas por H2S

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Fallas por CO2

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Fallas por TensiónFallas por Tensión

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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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20-125-R H B C-10-4-2Diámetro de la tubería

15= 1.9” OD

20= 2-3/8” OD

25= 2-7/8” OD

30= 3-1/2” OD

Diámetro ID de la bomba

125= 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 metálico

H= de pared gruesa

W= de pared delgada

Tipo de barril para pistón soft packed

S= 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 anclaje

C = Copas

M = Metálico

Localización del

anclaje

A = en el Tope

B = en el fondo

Tipo de bomba

R = Inserta

T = Tubería

El API ha desarrollado un método para la designación

de las bombas de subsuelo.

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Tipo de Bombas de Subsuelo

TP

TH

RWA

RHA

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 niple de

asentamiento va con la sarta de la 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 puede usar motores a gas como movedores primarios si la

electricidad no esta disponible.

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Bombeo Mecánico

DESVENTAJAS

• No apto para locaciones urbanas.

• Pesado y voluminoso en operaciones Offshore.

• Susceptible a las parafinas.

• El tubing no puede ser revestido 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 puede funcionar con excesiva producción de arena.

• 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 Churchill Beam-Balanced

• Unidad Low Profile

• Unidad Rotaflex

• Unidades Portatiles

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Unidad Convencional

Es el más antiguo y usado en la industriacuyos orígenes se basan en los aparatosusados para perforar los pozos. Larotación de la manivela puede ser enambas direcciones.

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Unidad Convencional

Ventajas

• Costos de Mantenimiento bajos.

• Cuesta menos que otras Unidades.

• Usualmente es mejor que el Mark IIcon sarta de cabillas de fibra de vidrio.

• Puede rotar en sentido horario yantihorario.

• Puede bombear más rápido que lasUnidades Mark II sin problemas.

• Requiere menos contrabalanceo quelas Mark II.

Desventajas

• En varias aplicaciones no estan eficiente como el Mark II uotros tipos de unidades.

• Podría requerir cajas deengranaje más grandes queotros tipos de unidad(especialmente con cabillas deacero).

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Unidad Mark II

Se introdujo a principio de los años60 con su revolucionario diseño querequería menos energía que unoconvencional para levantar la mismacarga de fluidos.

Las contrapesas están colocadas enuna manivela de doble brazosseparados y opuestos a la manivelade los pines con un ángulo dedesfase que oscila entre 19 y 28°.Este desfasamiento hace que eltorque de las pesas se atraserespecto al de la carga de fluidos alcomienzo de la carrera ascendente yque se adelante al comienzo de ladescendente.

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Unidad Mark II

El Mark II, debido al desfase angular, es más rápido en la carrera descendente loque se traduce en mayor aceleración y menores cargas mínimas en la barra pulida.En crudos viscosos, esta característica debe ser tomada en cuenta para evitarvelocidades que puedan generar flotación de la sarta de cabillas.

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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 cabillas y la bomba.

• Puede colocar la base de la sarta de cabillas en severa compresión causando fallas por pandeo.

• Puede experimentar torques mas altos que las unidades convencionales cuando se usan cabillas 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 dehaz de pesos tienen manivelas. El sistema de aire ha sido tan simplificado quelas únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistónequilibrio. La capacidad del depósito del cilindro se agranda por medio de unreceptor 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

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Unidad Balanceadas por Aire

Ventajas

• Es más compacta y fácil debalancear que las otras unidades.

• Los costos de transporte son masbajos que otras unidades (debidoa que pesa menos) .

• Vienen en tamaños más grandesque cualquier otro tipo deunidad.

• Puede rotar tanto en sentidohorario como anti horario.

Desventajas

• Son más complicadas y requierenmayor mantenimiento (compresorde aire, cilindro de aire).

• La condensación del aire en elcilindro puede constituir un serioproblema.

• La caja de engranaje podríadañarse si el cilindro pierde lapresión de aire.

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Unidad Reverse Mark

Aunque la manivela tiene también un ángulode desfase entre -9 y -12°, ambos están en elmismo brazo.

La manivela del Reverse Mark gira sólo ensentido horario. En el campo, laidentificación se realiza con el observadorcolocado al costado de la unidad con elcabezal del pozo a su derecha.

A partir del cambio de la posición de lascontrapesas, se reduce el torque y elrequerimiento de energía . Además laeficiencia de la bomba aumenta debido aque el movimiento reciprocante se reduce.

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Rotaflex

El Rotaflex cumple casi a laperfección con la situaciónideal para bombeo mecánico:carrera larga y baja velocidad.Esta combinación asegura unmejor llenado de la bomba ycargas parásitas muy bajas(aceleración, fricción mecánicay viscosa) y por eso, la carta desuperficie de una instalacióncon Rotaflex es casi parecida ala 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 parabalancearlo ya que esta operación consistesimplemente en quitar o agregar bloques a lacaja de contrapesas. El mantenimiento es muybajo por ser una unidad con menos partesmovibles.

Tiene un dispositivo de seguridad que apaga elmotor y aplica el freno automáticamente si seproduce un cambio de velocidad en la unidadque esté fuera de los valores previamenteestablecidos por el operador.

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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 así. Estas unidades están disponibles para la venta, alquiler o arrendamiento. Las aplicaciones típicas incluyen: la eliminación de los fluidos de fracturamiento, stripper pozo de bombeo, extracción de agua de gas, 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 Cabillas.

- Costos de Inversión.

- Cargas en las cabillas y cajas de engranajes.

- Costos de energía y eficiencia del sistema.

Bombeo Mecánico

Cartas Dinamométricas

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Anclajes Libres o Flojos: laválvula viajera abre durante lacarrera descendente, la cargadel fluido es transferida alpistón provocando unestiramiento en la sarta detubería.

Llenado Completo de Bomba:Condiciones de operaciónnormal de la bomba

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Desgaste de Válvula o Pistón:Cuando el pistón atraviesa lasección desgastada, ocurreuna fuga de fluido, causandouna caída de carga de fluido.

Golpe de Bomba: Cuando elpistón de la bomba quedaespaciado muy abajo, puedequedar golpeando el fondo enla carrera descendente.

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Golpe de Fluido: Cuando labomba se llena parcialmenteen la carrera ascendente,debido a bajo aporte de laformación.

Interferencia por Gas: Esteproblema puede ocasionar elbloqueo total de la bomba y elpozo se queda sin producción.

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