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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE ESTUDIOS PARA GRADUADOS
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE
BOMBEO MECÁNICO EN POZOS DE PETRÓLEO
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar al grado académico de
MAGISTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Autora: Ing. Andreina Milagros Rodríguez Méndez. Tutor: Prof. Leonardo Alejos
Co- tutor: Msc Ronny Chirinos
Maracaibo, Julio de 2012
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Rodríguez Méndez, Andreina Milagros. Programa Computacional para el Diseño de Sistemas de Bombeo Mecánico en Pozos de Petróleo (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia .Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 238 págs. Tutor. Leonardo Alejos y Co- Tutor, Ronny Chirinos.
RESUMEN
El Objetivo principal de esta investigación fue desarrollar un programa computacional para el diseño de sistema de levantamiento bombeo mecánico, que este dirigido al uso académico y que permitirá el fácil acceso para comunidad universitaria (docentes/estudiantes).El mismo consiste en diseñar un programa de computación aplicado a la industria petrolera con el objetivo de minimizar esfuerzos en relación tiempo/economía ofreciendo calidad a la hora de tomar decisiones, constituyendo un recurso de apoyo para futuras invenciones de equipos de trabajo mucho más versátiles. Para realizar su diseño se hace necesario aplicar una serie de pasos mediante un proceso analítico, utilizando cálculos y gráficos, de manera manual, se requiere mayor cantidad de tiempo. El requerimiento de un paquete computarizado con el fin de obtener una operación eficiente, segura con máximo rendimiento. El costo elevado de estos paquetes de computación lo hacen prácticamente inaccesibles a las universidades. La investigación es de tipo como proyectiva o proyecto factible, no-experimental, aplicada y descriptiva. Entre las conclusiones obtenidas tenemos que el producto de la investigación, el análisis y la reflexión crítica realizada en para la ejecución del un buen diseño de bombeo mecánico, es una herramienta relevantes, podrán realizar el diseño en una forma rápida, precisa y con un grado de incertidumbre bajo. Palabras Claves : Bombeo Mecánico, industria petrolera, programa computacional.
E-mail: [email protected]
3 Rodríguez Méndez, Andreina Milagros., Software for design of mechanical systems pumping oil wells. (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia .Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 238 págs. Tutor. Leonardo Alejos y Co- Tutor, Ronny Chirinos.
ABSTRACT
The principal aim of the investigation the research was to develop a computer program for designing mechanical pumping lift system, this led to academic use and allows easy access to the university community (teachers / students). Himself is to design a program computing applied to the oil industry in order to minimize efforts in time / economy offering quality when making decisions, providing a source of support for future inventions teams much more versatile. For your design is necessary to apply a series of steps through an analytical process, using calculations and graphs by hand, it requires more time. The requirement for a computerized package to obtain an efficient, secure maximum performance. The high cost of these software packages make it inaccessible to universities. The research is documentary, non-experimental, descriptive and applied. Among the conclusions we have obtained the product of research, analysis and critical reflection on the performance in for a good mechanical pump design is an important tool, may carry out the design in a fast, accurate and with a degree under uncertainty. Keywords: Mechanical Pumping, oil industry, computer program.
E-mail: [email protected]
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DEDICATORIA
Este logro se lo dedico primeramente a Dios mi padre Celestial y Todopoderoso , los
hermanos y la virgen milagrosa que siempre me acompaña.
Este Triunfo se lo dedico a un ser especial para mí, que desde el cielo me mira y se
siente cada día más orgulloso, lo cual él fue un ejemplo de lucha, perseverancia y de
decir si se puede, mi bello padre Andrés Rodríguez. A mi hermosa madre, que cada día
de mi vida ha sido un apoyo incondicional, en todos los ámbitos y con su mano amiga
he sabido superar muchos obstáculos que se presentan en esta bella vida mi mama
edu.
A dos seres maravillosos que llegaron a mi vida para darle alegría, apoyo y sostén
como lo son mis dos ángeles, mis hijos Edgar Andrés y Luis Andrés, este triunfo es
para ustedes mis amores. A mis dos hermanos maravillosos lideres y guerreros Andrés
José y Andreeduis, que con su ejemplo de perseverancia y optimismo, son ejemplos a
seguir. A mis sobrinos, cuñadas también les dedico mi triunfo ya que cada uno de ellos
dio un granito de arena, para seguir adelante.
A un hombre que admiro mucho, quien con sus acciones me ha demostrado que con
coraje se puede salir de cualquier adversidad y lograr todo lo que uno quiere, ese es
Ronny Chirinos. Gracias.
A un ser hermoso que ha bendecido mi vida, lo cual con su aptitud, apoyo y gran
amistad ha sabido ayudarme a seguir adelante y decir lo puedes lograr. AJ. Gracias por
creer en mí.
A todos mis amigos y compañeros de la Universidad, por entregarme su bella amistad
y convertirse en seres de luz y maravillosos que llegaron a mi vida convirtiéndose en
hermanos de vida.
por la vida suavemente para no herir a otros y al mismo tiempo hazlo con
firmeza para dejar huella, producto de tu diferencia".
Andreina Milagros Rodríguez Méndez.
5
AGRADECIMIENTO
A Dios mi Padre Celestial y los hermanos por su amor, sus bendiciones, su
misericordia, por acompañarme en cada paso de mi vida y por ser mi guía en
A mi familia, gracias por el apoyo y la ayuda brindada durante la carrera, le
estoy infinitamente agradecido a Dios por tenerlos en mi vida.
A mis amigos, gracias por convertirse en mi familia dentro de la universidad, se
que lo seguiremos siendo fuera de ella. Gusmelio, Jesús, Pepe, Juancho,
Ronny, Roger, Juando, Ybis, Carmen, Sonia, Eliecer, Ricardo, Eglys, Eilen,
Jenny, Adelaida, La Tía todos son seres bellos y llenos de luz. Los quiero un
montón.
A los profesores que con su asesoría, apoyo y conocimiento ayudaron a
fortalecer los conocimientos de mi carrera.
A la ilustre Universidad del Zulia por abrirme sus puertas y permitirme ser parte
por segunda vez de la gran familia de LUZ.
Muchas gracias a la parte Administrativas y vigilancia de Postgrado de
Ingeniería, ustedes también forman parte de este gran triunfo.
A todos los que de una manera u otra contribuyeron para que hoy este sueño
Andreina Milagros Rodríguez Méndez.
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TABLA DE CONTENIDO Pagina
RESUMEN
ABSTRACT
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE TABLAS ..
LISTA DE FIGURAS
INTRODUCCION
CAPITULO
I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Planteamiento y formulación del p
1.2. Objetivos de la Investigación.
1.2.1. Objetivo General.
1.2.2. Objetivos específicos.
1.3. Justificación de la Investigación.
1.4. Delimitación.
II. MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes
2.2. Definición de términos básicos.
2.3. Bases Teóricas. ...
2.3.1Curvas de afluência
2.3.2.Curva IPR
2.3.3.Sistema de Levantamiento Artificial
2.3.3.1.Tipos de Sistemas de Levantamiento Artificial
2.3.4. Sistema de Bombeo Mecánico
2.3.5.Mediciones de Campo
2.3.6.Balanceo de la Unidad de Bombeo
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7 2.3.7.Diseño del Sistema de Bombeo Mecánico
2.3.7.1. Diseño del Sistema de Bombeo por Cabillas
2.3.8 .El Programa RODSTAR
2.3.9. Software
III. MARCO METODOLÓGICO
3.1. Tipo de Investigación.
3.2. Diseño de la Investigación
3.3. Población y muestra
3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de ..
3.5. Validez y confiabilidad del instrumento de recolección de
3.6. Procedimiento de la
IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
.. .
REFERENCIAS .
A. Instrumento de recolección de i
B. Instrumento para validación de instrumento de recolección de información
...
D.
E. Valoración del software educativo por experto
F. Valoración del software educativo por experto en Informática
G. Encuesta final
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LISTA DE TABLAS Pagina.
Tabla. 1. Rango de aplicación para el Sistema de levantamiento Artificial por Bombeo
Mecánico.
2. Profundidades de Asentamiento dependiendo del tipo de Bomba.
3. Áreas del Pistón y constantes de la bomba para los tamaños de pistones
más comunes.
4. Diámetros y Áreas del Pistón y la Válvula Fija.
5. Tamaños, Dimensiones y Áreas d
6. Factor de Torque para una Unidad C-456-304-144 (para carrera de 144plg)...
7. Propiedades Químicas y Mecánicas d
8. Limitación en Tamaño de Cabillas por el Tamaño de la Tubería
9. Datos de Bomba y Cabillas (Diseño API RP 11L)
10. Validación de instrumento
11. Rangos de coeficientes de confiabilidad
12. Plan de actividades para el desarrollo del Programa Computacional
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LISTA DE FIGURAS Pagina.
Figura.
1. Sistema de Bombeo Mecânico.
2. Unidad de Bombeo Convencional.
3. Unidad de Bombeo Unitorque Mark II
4. Unidad de Bombeo Balanceado por Aire.
5. Unidad Rotativa de Bombeo.
6. Acción de las Válvulas
7. Designación API de las Bombas de Subsuelo.
8. Bombas API.
9. Carrera Ascendente y Descendente de la Válvula .
10. Acción de la Válvula de Carga.
11. Válvula de anillos superiores.
12. Funcionamiento del Ancla
13. An
14. Modo de Operación del Ancla de Gas Tipo Empacadura.
15. Sistema de Equipo de Bombeo.
16. Ejemplo de un Gráfico de Carta Dinagráfica.
17. Sistema Dinamométrico.
18. Amperaje para una Unidad en Balance.
19. Amperaje para una Unidad Fuera de Balance.
20. Cálculo del Torque en la Caja de Engranajes.
21. Definición del Factor de Torque.
22. Determinación del Torque en la Caja de Engranajes.
23. Procedimiento para Determinar las Cargas en la Barra Pulida para el
Análisis de Torque.
24. Medición del Efecto Contrabalance.
25. Parámetros del Método API RP-11L.
26. Similitud de Cartas Dinagráficas en Función de los Parámetros
Adimensionales API RP-11L
27. Relación Adimensional ( ) para Calcular Carga Máxima en la Barra
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Pulida.
28. Relación Adimensional ( ) para Calcular Carga Mínima en la Barra
Pulida .
29. Relación Adimensional para Calcular Torque Máximo en la Caja
de Engranajes.
30. Valor de ajuste ( ) para corregir torque máximo (para )
31. Relación Adimensional para Calcular la Potencia del Motor
32. Relación Adimensional ( ) para Calcular la Carrera Efectiva.
33. Balance de Fuerzas en un Elemento de Diferencial de Cabillas .
34. Índice de Productividad Constante. Curva IPR .......
35. Curva IPR de Vogel. .........
36. Diseño de mapa de navegación principal
37. Guión de producción pantalla menú
38. Guión de producción pantalla menú principal, clave de usuario y
contraseña para acceso al programa computacional. Fuente: Rodríguez
(2012) .............................................................................................................
39. Guión de producción pantalla de menú del módulo de datos
40. Guión de producción pantalla de menú datos principales del diseño de
bombeo mecánico.
41. Guión de producción pantalla de menú datos principales del diseño de
bombeo mecánico
42. Guión de producción pantalla de menú datos de seleccionar unidad de
bombeo.
43. Guión de producción pantalla de menú datos análisis pvt para el diseño de
bombeo mecánico.
44. Guión de producción pantalla de menú datos pistón de la bomba
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INTRODUCCIÓN
Para optimizar el comportamiento de sistema de bombeo mecánico es
importante identificar y entender los problemas que reducen la rentabilidad. Las dos
principales fuentes de reducción son la baja eficiencia del sistema , bomba desgastada,
unidad desbalanceada, mal diseño del tamaño del motor, entre otros y fallas del equipo
(cabillas partidas, fuga de tubería, fallas de bomba, fallas de caja de engranaje).
Por el cual una buena compresión de los fundamentos del bombeo mecánico y el
uso inteligente de nuevas tecnologías avanzadas de computadoras para este sistema
de levantamiento pueden cambiar el punto de vista en problemas de campo. En el
Mercado existen diferentes métodos para el diseño de sistemas de bombeo mecánico
convencional, se debe seleccionar el mismo, aplicar la metodología y realizar una serie
de cálculos analíticos mediante ecuaciones y gráficos, donde se requiere mayor
tiempo, con el objetivo de minimizar esfuerzos y mejorar la rapidez en la tomas de
decisiones, surge la necesidad de la implantación de paquetes computarizados de fácil
acceso.
De allí surge la necesidad Incorporación paquetes de computación o software
libre de fácil acceso utilizados en proyectos de ingeniería revolucionando a la industria
por cuanto contribuye una herramienta que permite desarrollar evaluaciones y cálculos
de forma rápida, sencilla y precisa disminuyendo considerablemente los tiempos y
costos asociados, mejorando así no solo la eficacia sino también la eficiencia de estos
ingenieros.
Sin embargo el costo elevado de estos paquetes de computación lo hacen
prácticamente inaccesibles a las universidades y en las mismas no existen esta
herramienta, situación que provoca el divorcio entre el aula de clase y el entorno
laboral. Atendiendo a esta necesidad se pretende desarrollar un software o programa
de computación para el diseño de sistema de levantamiento bombeo mecánico, que
este dirigido al uso académico y que permita el fácil acceso para comunidad
universitaria (docentes/estudiantes). Lo que incrementaría el nivel académico de los
cursantes y la mayor eficacia del recurso docente al lograr cumplir con el objetivo
12 principal de la universidad: formar profesionales de alto nivel con un perfil que responda
a las exigencias del sector productivo industrial.
En otro orden de ideas, la presente investigación consta de cuatro capítulos:
El capítulo I plantea el problema que originó la investigación, los objetivos que se
pretenden alcanzar, su justificación y delimitación en espacio y tiempo.
En el capítulo II se hace una revisión a la investigaciones, teorías que sustenta las
variables objeto de este estudio, y de algunas fuentes que forman parte de la literatura,
así como también se definen términos básicos de interés.
En el capítulo III se hace mención al tipo y diseño de investigación, población y
muestra, las técnicas e instrumentos de recolección de datos, la validez y confiabilidad
de los instrumentos de recolección, las técnicas de análisis de datos y los
procedimientos llevados a cabo en la investigación.
En el capítulo IV, se analizan los datos y discuten los resultados de la
investigación, originándose finalmente así las conclusiones para luego plantear las
respectivas recomendaciones del estudio.
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CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Planteamiento y formulación del problema
En la actualidad, la declinación de la presión de los yacimientos obliga a la
implementación de sistemas de levantamiento artificial que permiten que los fluidos
aportados por el yacimiento puedan ser levantados hasta la superficie. Entre los
diferentes métodos de levantamiento artificial se tienen: el bombeo electrosumergible, la
inyección continua e intermitente de gas, el bombeo mecánico (comúnmente conocido
como el balancín), bombeo de cavidades progresivas, bombeo hidráulico, entre otros.
Cada uno de estos métodos considera las características del yacimiento y del pozo
mismo, entre las cuales tenemos: tipo de crudo, presión del yacimiento, profundidad,
entre otros.
Los métodos de levantamiento artificial son utilizados en un alto porcentaje en
todo el mundo, con el propósito de mantener y/o extender la fase de extracción de
crudo en los pozos de producción. Por tal razón, la elección del método de
levantamiento tiene una alta influencia en la eficiencia extracción de crudo y en la
rentabilidad de las operaciones de producción.
La selección de un método de levantamiento para una aplicación particular
conlleva una extensa labor para los ingenieros, utilizando para ello el método disponible
más preciso posible considerando los conocimientos y la tecnología a su alcance. En
Venezuela, la mayoría de los yacimientos han sido suficientemente explotados, con
crudos de alta viscosidad presentan una alta declinación de presión, debido a que los
yacimientos se encuentran agotados, por lo que se hace necesario implementar
métodos de producción para llevar el crudo a la superficie y debido a que la mayoría de
los crudos son pesado y pozos someros.
14 Para realizar su diseño se hace necesario aplicar una serie de pasos mediante
un proceso analítico, utilizando, cálculos y gráficos, de manera manual, se requiere
mayor cantidad de tiempo , se hace necesario el requerimiento de un paquete
computarizado con el fin de obtener una operación eficiente, segura con máximo
rendimiento. El costo elevado de estos paquetes de computación lo hacen
prácticamente inaccesibles a las universidades.
Se hace necesario el surgimiento de los sistemas informáticos o software
aplicados a la industria petrolera con el objetivo de minimizar esfuerzos en relación
tiempo/economía ofreciendo calidad a la hora de tomar decisiones, constituyendo un
recurso de apoyo para futuras invenciones de equipos de trabajo mucho más versátiles.
El diseño de instalaciones tipo Bombeo Mecánico (BM) considera el uso de programas
de computación que facilitan en cierta medida los cálculos, pero su acceso y/o uso es
restringido.
En virtud de lo expuesto, se hace necesario diseñar una herramienta para el
diseño de bombeo mecánico de fácil acceso para la comunidad universitaria, lo cual
permitiría al estudiante tener una mejor concepción de lo que se maneja en el ámbito
laboral, y que a su vez brinde una herramienta teórica a estudiantes, docentes y
profesionales en ingeniería petrolera. Maximizando el recobro de hidrocarburos de los
yacimientos, aumentando de esta manera la rentabilidad del negocio.
Del Planteamiento del problema descrito anteriormente se derivan las siguientes
interrogantes.
¿El desarrollo del programa computacional permitirá el diseño del sistema de
bombeo mecánico en pozos de petróleo?
1.2. Objetivos de la Investigación.
1.2.1. Objetivo General.
Desarrollar un programa computacional para el diseño de un sistema de bombeo
mecánico en pozos de petróleo.
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1.2.2. Objetivos específicos.
Definir los parámetros necesarios para el diseño de un sistema de bombeo
mecánico en pozos de petróleo.
Establecer una metodología para el diseño de un sistema de bombeo mecánico
que considere parámetros técnicos.
Determinar los requerimientos técnicos, económicos y operacionales necesarios
para el desarrollo del programa.
Proponer un flujograma para el diseño de un sistema de bombeo mecánico en
pozos de petróleo.
Desarrollar el programa computacional para la instalación del levantamiento
artificial bombeo mecánico en pozos de petróleo.
Validar el programa con data real de campo disponible.
1.3. Justificación de la Investigación.
Para optimizar el comportamiento de sistema de bombeo mecánico es
importante identificar y entender los problemas que reducen la rentabilidad. Las dos
principales fuentes de reducción son la baja eficiencia del sistema (bomba desgastada,
unidad desbalanceada, mal diseño del tamaño del motor. Entre otros) y fallas del
equipo (cabillas partidas, fuga de tubería, fallas de bomba, fallas de caja de engranaje,
entre oros.).
Por el cual una buena compresión de los fundamentos del bombeo mecánico y el
uso inteligente de nuevas tecnologías avanzadas de computadoras para este sistema
de levantamiento pueden cambiar el punto de vista en problemas de campo.
En el Mercado existen diferentes métodos para el diseño de sistemas de bombeo
mecánico convencional, se debe seleccionar el mismo, aplicar la metodología y realizar
una serie de cálculos analíticos mediante ecuaciones y gráficos, donde se requiere
mayor tiempo, con el objetivo de minimizar esfuerzos y mejorar la rapidez en la tomas
16 de decisiones, surge la necesidad de la implantación de paquetes computarizados de
fácil acceso.
De allí surge la necesidad Incorporación paquetes de computación o software
libre de fácil acceso utilizados en proyectos de ingeniería revolucionando a la industria
por cuanto contribuye una herramienta que permite desarrollar evaluaciones y cálculos
de forma rápida, sencilla y precisa disminuyendo considerablemente los tiempos y
costos asociados, mejorando así no solo la eficacia sino también la eficiencia de estos
ingenieros.
Sin embargo el costo elevado de estos paquetes de computación lo hacen
prácticamente inaccesibles a las universidades y en las mismas no existen esta
herramienta, situación que provoca el divorcio entre el aula de clase y el entorno
laboral. Atendiendo a esta necesidad se pretende desarrollar un software o programa
de computación para el diseño de sistema de levantamiento bombeo mecánico, que
este dirigido al uso académico y que permita el fácil acceso para comunidad
universitaria (docentes/estudiantes).
1.4. Delimitación.
La presente investigación se realizara en la División de Postgrado de LUZ,
Programa de Ingeniería de Petróleo, ubicada en la Av. Universidad en la ciudad de
Maracaibo, Estado Zulia. Temporalmente, asimismo se desarrollo durante un lapso de 1
año y 5 meses desde de Febrero 2011 y Julio 2012. El programa solo se aplicara para
diseño de bombeo mecánico convencional.
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1. Antecedentes
- División de Postgrado de Ingeniería.
Este trabajo desarrollo un programa computarizado que permitió determinar en forma
rápida y eficiente, la tasa crítica para el control de alta producción de agua y/o gas,
basándose en la utilización de metodologías, modelos y correlaciones existentes. Sus
objetivos específicos fueron .Recolectar, analizar y validar los diversos modelos y
correlaciones existentes para el cálculo de tasa critica en pozos productores de
petróleo. Clasificar los modelos y correlaciones de acuerdo al tipo de yacimiento.
Diseñar un programa computarizado, que permita determinar en forma rápida y
eficiente la tasa critica de producción por conificacion de agua y/o gas, por ultimo
evaluar y analizar el desempeño del programa con la data disponible.
Barrios S; Adriana B.(2006).
prod Este
trabajo presento como objetivo diseñar una metodología para diagnosticar pozos que
producen por levantamiento artificial por bombeo mecánico, que sirva como
herramienta teórico-práctica para estudiantes y profesionales del área. La investigación
es del tipo descriptiva y aplicada. El diseño es no experimental-documental. Se utilizó
como técnica la revisión documental y bibliográfica, y como instrumento la entrevista no
estructurada. El sistema de producción por bombeo mecánico, es un procedimiento de
succión y transferencia casi continua del petróleo hacia la superficie.
Este sistema no es recomendado para operar en pozos desviados, pozos con
producción excesiva de arena y pozos que operan costa afuera. En estudios realizados
en diversas partes del mundo se ha concluido que los principales problemas presentes
en este tipo de sistema son: A nivel de superficie: Fuga a través del prensa-estopa, caja
18 de engranaje dañada, sistema eléctrico con fallas, motor quemado, correas dañadas,
unidad de bombeo desbalanceada.
A nivel de subsuelo: Barra pulida doblada, rayada o careada; válvulas fija y viajera
dañada, cabillas sueltas o rotas, bomba bloqueada por gas, golpe de fluido, fuga en la
tubería de producción. El personal de optimización se vale de diversas técnicas para
diagnosticar los pozos que producen bajo esta modalidad: Cartas dinagráficas, pruebas
de válvulas, registros sónicos y de presión, pruebas de pozos. La metodología diseñada
consiste en: Recopilar la información de producción, identificar el equipo de superficie y
verificar la condición de operación del pozo: Pozo fuera de servicio; Pozo operativo con
baja producción o sin producción. Esto a fin de verificar el funcionamiento adecuado del
sistema y corregir las fallas presentes en el mismo, para lograr que el pozo genere la
máxima producción de fluido.
Esta Investigacion ,sirvió para la elaboración de definiciones y conceptos básicos
del marco teórico y para la metodología de la investigación, debido a que se
fundamenta en la metodologia de Diagnostico de Campo, que se debe llevar a cabo en
el Diseno de Bombeo Mecanico.
como método de p Universidad del Zulia. Cuando la energía natural de un
yacimiento es suficiente para promover el desplazamiento de los fluidos desde su
interior hasta el fondo del pozo y de allí hasta la superficie, se dice que pozo fluye
naturalmente. Luego como producto de la explotación de yacimiento la presión de este
disminuye lo que implica una disminución en la producción de fluidos hasta el momento
que el pozo deja de producir por si mismo y en consecuencia de toda esta dinámica la
oferta del pozo no satisface la demanda, por el cual se requiere implementar una
energía externa artificial que ayude a mantener los niveles de producción.
Se puede destacar que los métodos de levantamiento artificial tales como BES,
BCP, BH, Gas lift y BM están diseñados de forma tal que levante la producción en el
pozo a ser aplicado. Dentro de los métodos más comunes y popular por su diseño,
19 versatilidad y numerosas ventajas es el bombeo mecánico con balancín. Sin embargo y
debido a la dispersión de la información del mismo, no se contaba con estados del arte
referente a dicho método. En este trabajo se desarrolla un estado del arte para el BM
con el propósito de contribuir a definir nuevas líneas de desarrollo en el área de
métodos de producción. Se señalan los últimos avances tecnológicos y menciona las
ventajas y limitaciones del mismo. Además se plantea un enfoque de diseño y
optimización del sistema de BM que resultaría una ganancia para la producción y se
considera un universo estadístico de datos para la verificación de los parámetros
establecidos en las variables operacionales.
Chirinos, Ronny (2011)."Software educativo para el aprendizaje significativo de
las prácticas del Laboratorio de Física I". Universidad del Zulia, Programa de Ingeniería,
Núcleo Costa Oriental del Lago. Trabajo de Ascenso para optar a la Categoría de
Profesor Asociado. Cabimas, Abril de 2011. El propósito del estudio fue desarrollar un
software educativo para el aprendizaje significativo de las prácticas del Laboratorio de
Física I, para estudiantes del ciclo básico del Programa de Ingeniería del Núcleo LUZ
Costa Oriental del Lago. La investigación fue de tipo proyectiva, descriptiva y de campo,
con un diseño no experimental, transeccional-descriptivo.
La muestra estuvo conformada por 150 alumnos de una población de 240 que
cursaron durante el período I-2010 el Laboratorio de Física I. La técnica empleada en la
recolección de la información fue la encuesta es su modalidad de cuestionario, el cual
fue validado por juicio de expertos (cinco) y su confiabilidad se determinó mediante el
coeficiente Alpha de Cronbach, registrando un valor de 0,87.
Los resultados evidenciaron que los estudiantes relacionan parcialmente el
contenido desarrollado en las prácticas con los conceptos y leyes estudiados en Física
I, a pesar de que material contentivo en la guía práctica es potencialmente significativo.
Razón por la cual se desarrolló un software educativo donde el usuario pueda
interactuar con el material de estudio, navegando por este recurso, generando
aprendizaje fundamentado en la metodología propuesta por Logreira y Martínez, la cual
es un eclecticismo entre los modelos de Castro y Blum, que consta de ocho fases
20 principales: planeación, análisis, diseño educativo, diseño interactivo, producción,
pruebas, documentación y edición. El software educativo motivará al estudiante a
realizar las prácticas, y al mismo tiempo para que pueda aprender a su propio ritmo y
disponibilidad de tiempo.
Aporte valioso para este trabajo, ya que una de sus razones de ser es demostrar
que el uso de las nuevas tecnologías, en especial el software educativo, constituyen
una herramienta valiosísima al docente para lograr que el participante sea parte activa
del proceso y obtenga realmente un aprendizaje significativo.
2.2. Definicion de terminos basicos.
Amperímetro: instrumento eléctrico comúnmente usado para medir la corriente
en amperios de un motor. En pozos con bombeo mecánico se puede usar para
determinar si la unidad está fuera de balance. Si el amperaje máximo durante la carrera
ascendente es igual al máximo en la carrera descendente, la unidad está bien
balanceada.
Análisis de torque: cálculo del torque total de la caja de engranaje en una unidad
de bombeo. El propósito del análisis de torque es determinar si la caja de engranaje
está sobrecargada o si la unidad de bombeo está balanceada.
Ancla de Gas: instrumento para la separación en subsuelo del petróleo y el gas
de un pozo. El ancla de gas (un tubo de 5 a 20 pies de longitud) está dentro de un tubo
mayor con perforaciones en el extremo superior. El fluido entra en las perforaciones y
debe viajar abajo. El gas, siendo más ligero, sube y es expelido por el revestidor.
Barra pulida: barra lisa y uniforme de acero o aleaciones que trabaja a través de
la prensa estopa de un pozo. Corresponde a la sección superior de la sarta de cabillas,
unida a la viga viajera de la unidad de superficie.
Bomba casing: bomba mecánica diseñada para extraer crudo a través del
21 revestidor en lugar de los métodos más comunes de bombear por tubería. La bomba se
baja con las cabillas; una empacadura en la parte superior o inferior del barril sella el
espacio entre la bomba y la pared del revestidor a la profundidad deseada. El crudo se
descarga de la bomba al revestidor y sale al cabezal del pozo.
Bomba tubería: tipo de bomba de subsuelo donde el barril de la bomba es parte
integral de la sarta de tubería. El barril se instala al fondo de la sarta de tubería. El
ensamble del pistón se baja al barril con la sarta de cabillas.
Cabeza de caballo: la pieza curva que encabeza la viga viajera de la unidad de
bombeo. Sujeta una pieza de cable (Guaya) que agarra la sarta.
Cabezal: tope del revestidor y sus válvulas de control y de flujo. El cabezal es
donde están colocadas las válvulas de control, equipos de prueba y tuberías.
Cabezal de revestimiento: la parte superficial del revestidor con válvulas de
control y tuberías de flujo.
Cabezal de tubería: tope de la sarta de tubería con válvulas de control y de flujo
unidas a él, similar en diseño y funciones al cabezal de revestimiento, el cabezal de
tubería soporta la sarta de tubería en el pozo y provee de conexiones en superficie para
controlar la producción de gas o petróleo.
Cabillas de alta resistencia: cabillas no API tales como Electra, Norris 97, LTV
HS, y UPCO 50K. Estas cabillas son mucho más fuertes que las cabillas API y por
ende, permiten bombear a mayor profundidad y con bombas de mayor diámetro que
con cabillas convencionales.
Cabillas de bombeo: cabillas de acero unidas para formar
conecta la bomba de subsuelo dentro de la tubería con la unidad de bombeo en
superficie.
22
Cabillas de fibra de vidrio: cabillas de succión hechas con fibra de vidrio y epoxy
que han sido curadas para formar una cabilla sólida. Las cabillas de fibra de vidrio no
están hechas para cargas compresivas por lo que debe prestarse especial atención al
momento de diseñar utilizando completaciones con este tipo de cabilla.
Carga permisible: carga en la barra pulida sobre la caja de engranaje a su
máxima capacidad de torque para una posición. Si la carga real en la barra pulida es
sobrecargada.
Carrera descendente: el movimiento hacia abajo de la barra pulida o el pistón.
Carta dinagráfica: un gráfico de cargas vs. Posición de la barra pulida durante un
ciclo completo de bombeo. La medición directa se conoce como carta dinagráfica de
superficie y se obtiene con un dinamómetro bien sea analógico o digital.
Carta dinamométrica de fondo: un grafico de cargas vs. posición donde el
principal factor es el peso de la columna de fluido. Esto usualmente se calcula con
programas que incluyan modelos de la ecuación de onda que permitan.
CBE (efecto de contrabalanceo): es usualmente la carga necesaria en la barra
pulida para mantener los brazos de la unidad de bombeo a 90 grados. Es una medición
en campo de la carga en la barra pulida necesaria para mantener los brazos en su
ángulo correspondiente. Por ejemplo: El CBE es 10,500 libras en un ángulo de 95
grados. (3) Una forma indirecta de describir cuanta capacidad de contrabalanceo tienen
los brazos y las contrapesas de una unidad.
Celda de carga: instrumento que contiene calibradores de esfuerzo para medir
carga en la barra pulida.
Chivo: cabria portátil, sobre un camión equipado con winches, guayas y poleas,
usado para sacar cabillas en reparación de pozos.
23
Contrapesas: fundición de metal pesado para balancear unidades de bombeo. La
mayoría de las unidades de bombeo son balanceadas por brazos. Algunas unidades
pequeñas tienen contrapesas en la parte posterior de la viga viajera.
Curva IPR: un gráfico que muestra cómo la relación de producción cambia en
función de la presión de fondo del pozo. Para presiones por encima de las de burbuja
(Yacimiento subsaturado) el grafico se aproxima a una línea recta.
Diagrama de cargas permisibles: gráfico de cargas permisibles contra posiciones
de barra pulida. Este gráfico tiene dos secciones, la superior es de carrera ascendente
y la inferior es para la carrera descendente. Normalmente este gráfico se superpone en
la carta dinagráfica de superficie. Si la carta dinagráfica corta el diagrama de carga
permisible, la caja de engranaje está sobrecargada en esos puntos del recorrido.
Dinamómetro: instrumento equipado con una impresora o computador para
registrar los datos de las cargas de la barra pulida contra las posiciones de la barra
pulida (carta dinagráfica) en un pozo. Consta de una caja registradora, un transductor
de posición y una celda de carga.
Desbalance estructural: la fuerza necesaria en la barra pulida para mantener la
viga viajera horizontal con los brazos del pitman desconectados del pin. Esta fuerza es
positiva cuando actúa hacia abajo y negativa cuando actúa hacia arriba.
Diagrama modificado de Goodman: método para calcular el esfuerzo de carga en
cabillas metálicas API (grados K, C, y D). Este método considera el efecto de la carga
máxima y del rango de esfuerzo al que están sujetas las cabillas.
Ecuación de onda: modelo matemático de la sarta de cabillas. Usualmente se
combina con un modelo de análisis kinemático de la unidad de bombeo para permitir el
modelaje computarizado del sistema de bombeo de cabillas.
Eficiencia volumétrica: número que expresa porcentualmente la comparación
entre la producción actual de un pozo y la producción teórica esperada por la bomba.
24
Empacadura: material delgado y fibroso usado para sellar la presión en la
conexión de dos partes.
Factor de torque: número que corresponde al ángulo del brazo de la unidad de
bombeo y se usa para el análisis de torque de la caja. Es un número que al multiplicarlo
por la carga en la barra pulida arroja el torque en la caja que corresponde a la carga en
la barra. Las tablas de factor de torque están disponibles por el fabricante de la unidad
de bombeo. Estas tablas muestran el factor de torque por cada 15 grados de ángulo el
brazo y la dimensión correspondiente a la posición de la barra pulida.
Golpe de fluido: condición en la que no hay suficiente líquido para llenar la
bomba. Esto hace que el pistón soporte la carga no solo durante el ascenso sino
durante la primera parte del descenso hasta golpear la superficie del fluido. Este
impacto envía una fuerte onda compresiva ascendente a la sarta de cabillas y en la
bomba. Los golpes de bomba descontrolados pueden causar frecuentes quebradura de
cabillas y fallas de bomba, además de deficiencia en el sistema.
Gráfico de presión: gráfico circular en el cual se registran con pluma las
variaciones de presión leídas por un manómetro. La pluma está unida a un brazo
articulado y movido por el mecanismo calibrador. Los gráficos de presión normalmente
registran por 24 horas; luego el operador lo remplaza por una tarjeta nueva.
Gravedad API: la gravedad API es un término similar a la gravedad específica
pero es más sencilla de trabajar que con fracciones decimales.
Guaya: lo que une la cabeza de caballo de la unidad de bombeo con la barra
pulida.
Guía de cabilla: artefacto que se une a la sarta de cabillas para prevenir el
desgaste excesivo entre cabillas y tubería. Estas guías plásticas, metálicas o de goma
mantienen las cabillas centralizadas en la tubería mientras permiten el flujo vertical de
líquidos.
25
Índice de productividad (BFPD/lpc): número que indica cuánta mayor producción
puede aportar un pozo por cada lpc de presión en la Presión de Entrada a la Bomba
(PIP).
Longitud de embolada: distancia de la barra pulida entre la base y el tope de una
embolada. Depende del agujero del brazo de la unidad. Las unidades de bombeo tienen
de dos a cinco posibles longitudes de embolada.
Método Vogel: método para determinar la capacidad de producción adicional de
un pozo. Este método se usa en pozos con cortes de agua menores 80% que producen
debajo de la presión de burbujeo.
Momento máximo de contrabalanceo: el torque máximo que los brazos y
contrapesa de una unidad de bombeo pueden aportar a la caja de engranaje. Este
ocurre cuando el brazo de contrapeso está a 90 o 270 grados (horizontal). En cualquier
otra posición de brazos, el momento (o torque) es menor que momento máximo de
contrabalanceo y puede calcularse por el momento MC y el ángulo del brazo. Esta
cantidad es necesaria para el análisis de torque.
MPRL: carga mínima en la barra pulida. La carga mínima en la caja de
engranaje. Se puede encontrar en una carta dinagráfica de superficie.
Nivel de fluido: distancia desde superficie al nivel de fluido en el anular.
Pitman: pieza que conecta los brazos a la viga viajera en una unidad de bombeo.
Pozo con balancín: es un pozo accionado por una sarta de cabillas unidas a una
unidad de bombeo con una viga viajera.
Prensa estopa: caja de empaque; cámara o caja para mantener el material de
empaque comprimido alrededor de la barra pulida en movimiento y prevenir la fuga de
gas o líquido.
26
Presión de burbujeo: presión a la cual el gas en el crudo sale de la solución
quedando como gas libre.
Presión de cabezal: la presión ejercida por el gas o el crudo del pozo sobre el
cabezal de revestimiento o de producción cuando todas las válvulas son cerradas por
un periodo de tiempo, usualmente 24 horas. La presión se refleja en un manómetro del
cabezal.
Presión de casing: la presión del anular tubería-revestidor medida en el cabezal.
Presión de fondo: presión en el fondo del pozo. Cuando ésta presión es igual a la
presión del yacimiento es llamada presión estática de fondo.
Presión hidrostática: presión ejercida por una columna de agua u otro fluido. Una
columna de agua de un pie de altura ejerce una presión de 0.433 lpc.
Prueba de válvula viajera: prueba que muestra si hay fuga en la válvula viajera o
el pistón, Esta prueba se realiza antes o después de registrar una carta dinagráfica. Se
detiene la unidad de bombeo durante la carrera ascendente y se registra la carga en
barra pulida contra tiempo por 5-10 segundos. Si la carga cae con el tiempo, muestra
que la válvula viajera o el pistón están fugando.
Raspador de cabilla: discos perforados unidos a la sarta de cabillas de un pozo
para prevenir la acumulación de parafina en el interior de la tubería. Al subir y bajar las
cabillas, los discos perforados (varios en cada cabilla) raspan la parafina que se pueda
acumular en la tubería.
Reductor de engranaje: caja de la unidad de bombeo que contiene los
engranajes que convierten la alta velocidad y bajo torque de la unidad motriz en baja
velocidad y alto torque necesarios para manejar la unidad de bombeo. Los reductores
de engranaje tienen típicamente una relación de reducción de 30:1.
Relación gas-petróleo (RGP): cantidad de pies cúbicos de gas natural producidos
27 por barril de petróleo.
Revestidor: el tubo de acero usado en pozos para aislar lo fluidos del hoyo y
prevenir el derrumbe de las paredes del hoyo.
Revestidor de barra pulida: tubo que se instala alrededor de la barra pulida para
protegerla o permitir su uso cuando se ha tornado áspero.
Rotador de cabilla: artefacto unido a la barra pulida que gira la sarta de cabillas
en cada embolada para dar un desgaste más parejo.
Sacar cabillas: operación que consiste en sacar las cabillas de un pozo durante
el sacado de la bomba de subsuelo para reparación o reemplazo. Las cabillas también
hay que sacarlas si se han desconectado en fondo. Las cabillas sobre la ruptura son
sacadas de forma normal; la sección inferior debe ser recuperada con una herramienta
de pesca.
Sarta de cabillas: serie de cabillas que conectan la barra pulida a la bomba de
subsuelo en un pozo con bombeo por cabillas. La sarta de cabillas es la línea de
transición que transfiere energía desde la unidad de superficie a la bomba.
Sarta de producción: la tubería colocada sobre o a través de la zona productora
de un pozo.
Temporizador porcentual: artefacto que controla un pozo productor con golpe de
fluido. Este aparato tiene un ciclo de 15 minutos y se puede ajustar para que arranque y
pare el pozo al porcentaje de tiempo deseado. Por ejemplo, se puede ajustar para
arrancar el motor por 10 minutos y apagarlo por 50 minutos, o dejar el pozo trabajando
por 7,5 minutos y parado 7,5 minutos, etc.
Torque de falla: el torque máximo que un motor desarrolla cuando la carga sobre
éste es incrementada hasta que el motor empieza a atascar.
28
Unidad balanceada: unidad de bombeo con una cantidad ideal de
contrabalanceo de forma tal que el torque pico e la caja de engranaje durante el
ascenso sea igual al torque pico durante el descenso.
Unidad de bombeo balanceada por aire: una unidad de bombeo con geometría
similar a la del Mark II (sistema de polea Clase III) pero usa un cilindro de aire en lugar
de contrapesas para el contrabalanceo.
Unidad motriz: el término describe cualquier fuente de movimiento; en el campo
petrolero se refiere a máquinas y motores eléctricos; la fuente de poder.
Válvula cheque: una válvula que impide el retorno de fluidos a la tubería.
Válvula viajera: uno de los dos tipos de válvula en una bomba mecánica. Esta
combinación de bola y asiento esta fija al pistón, como su nombre lo indica, viaja con el
pistón cuando éste sube y baja.
Yacimiento: formación de rocas porosas, permeables y sedimentarias que
contienen cantidades de petróleo y/o gas encerradas o rodeadas por capas rocosas
menos permeables o impenetrables; trampa estructural.
2.3. Bases Teoricas.
2.3.1. Curvas de afluencia
El yacimiento es sin duda, de todos los componentes de un análisis nodal, el
componente más difícil de modelar de una manera realista. Esto se debe no tanto al
grado de complejidad de las ecuaciones usadas, sino más bien a la incertidumbre en
los valores exactos de variables, tales como la permeabilidad, la presión estática etc.
Ahora se presenta la derivación de las ecuaciones de afluencia para yacimientos con
presiones superiores a la presión de burbujeo para estado estable y semi estable.
También, se indican las ecuaciones de afluencia más conocidas para yacimientos que
29 producen a presiones de fondo por debajo de la presión de burbujeo.
Ecuaciones de afluencia para presiones superiores a la presión de burbujeo
Las ecuaciones que se estudian son solo aquellas que tienen que ver con
yacimientos que producen en estado estable o semi estable. Esto se debe a que el
análisis nodal se basa en condiciones estables o semi estables, ya que de lo
contrario, resultaría extremadamente complicado. No obstante, las ecuaciones para
estado transitorio son importantes para resolver los problemas de inestabilidad.
Flujo líquido Monofásico (limite exterior cerrado, P conocida)
La ley de Darcy para flujo de una sola fase es la siguiente:
Donde:
Ko = permeabilidad efectiva al petróleo (md)
H = Espesor del área (pies)
Pr = Presión promedio del yacimiento (lpc)
Pwfs = Presión de fondo fluyente a nivel de las perforaciones (lpc)
qo = tasa de flujo de petróleo (Bn/d)
re = Radio de drenaje (pies)
rw = Radio del pozo (pies)
s = Skin total
aq = Factor de turbulencia de flujo (este termino normalmente es insignificante para
pozos de baja permeabilidad y con bajas tasas de flujo)
Uo = viscosidad del petróleo a la presión promedio (Pr + Pwfs/2) (cp)
Bo = factor volumétrico de la formación a la presión promedio.
Esta ecuación debe utilizarse para determinar si un pozo esta produciendo
apropiadamente, es decir la ecuación puede mostrar si un pozo esta apto para la
producción de tasas altísimas, en lugar de probar el pozo.
30 Breve discusión de cada término de la ecuación:
1-. La permeabilidad (k): normalmente es obtenida de pruebas de laboratorio en
núcleos convencionales o de pared. Como también a través de pruebas de restauración
de presión (builp up).
2-. El espesor de la zona productora (h): El valor de h puede ser obtenido de
registros de pozos o en algunos casos en registros de perforación y núcleos
convencionales donde la zona completa ha sido taladrada para tomar núcleos. La letra
h representa el espesor completo de la zona y no exactamente el intervalo perforado.
3-. La presión promedio del yacimiento (Pr): El valor Pr es óptimamente obtenido
de las pruebas de restauración de presión, aunque pueden hacerse estimaciones
basándose en la mejor información disponible, tales como niveles de fluidos estáticos y
pozos inactivos.
4-. La viscosidad promedio (Uo): La información presión- volumen- temperatura
(PVT) puede ser provechosa para la determinación de la viscosidad.
5-. El factor volumétrico del petróleo promedio (Bo): Para obtenerlo, la
información PVT puede ser provechosa. También a través de las correlaciones de
Standing o Lasater es recomendable. Para la correlación de Standing, las siguientes
ecuaciones son aplicadas:
31 6-. Radio del pozo perforado (rw): No se debe utilizar el tamaño del casing como
radio del pozo perforado. Para los casos donde el área de drenaje no sea circular se
Matherws & Russel.
7-. Skin total (S): el termino S puede ser obtenido del grafica de restauración de
presión, el valor del daño (S) total puede incluir muchos factores:
a-. S´ = Daño físico, como por infiltración de lodo.
b-. S (q,t) = Caída de presión, Skin dependiente de un tiempo y de una tasa.
c-. Sp = Una restricción a la entrada del fluido hacia el interior del hoyo perforado.
8-. Turbulencia del flujo (aq): Este término generalmente es despreciable en
pozos con bajas tasas de flujo y bajas permeabilidades, y puede llegar a ser significante
a altas tasas de flujo.
9-. Índice de productividad, eficiencia de flujo IPR: Para esto están las
expresiones matemáticas, que acompañan el diferencial de presión (Pws
________7.08x10 ³ * Ko * h _______
µo * Bo * (Ln(re/rw) 0.75 + s + aq)
Por lo general la turbulencia se considera en pozos de gas, pero para pozos de
petróleo no es muy significativa y no se toma en cuenta en yacimientos con baja K, de
tal forma que en pozos con daño el valor de J se determina con:
_______7.08x10 ³ * Ko * h _______ = ____q___
µo * Bo * (Ln(re/rw) 0.75 + s) (Pws Pwfs)
Cuando se remueve o elimina el daño (S=0) el índice de productividad J se
incrementa y recibe el nombre de J ideal (J´) para diferenciarlo claramente del índice de
productividad real (J) por consiguiente la eficiencia de flujo se define como la relación
J=
J=
32 existente entre el índice de productividad real y el ideal, quedando expresado a través
de la siguiente ecuación:
EF: J/J´
Escala del Índice de Productividad
Ecuación de Boggle para Yacimientos saturados
En un yacimiento petrolífero donde la presión estática es menor a la Pb, existe
un fluido de una sola fase liquida (petróleo agua) y de una fase gaseosa (fracciones
más livianas de los hidrocarburos). El flujo de gas inicia un proceso de invasión hacia
los diferentes canales porosos ya que de todos los fluidos presentes en el yacimiento es
el que presenta mayor movilidad, trayendo como consecuencia una disminución
Según los trabajos investigativos realizados por Boggle la ecuación para los
cálculos de la máxima tasa de producción que puede producir un pozo queda en
función de la siguiente ecuación:
(ql/qmax) = 1 - 0.2 (Pwf/Pws) 0.8 (Pwf/Pws)²
2.3.2.Curva IPR
La curva IPR es la representación grafica de las presiones de fondo fluyente
con la cual el yacimiento aporta fluidos al interior del pozo, donde para cada valor de
Pwf existe una producción de liquido con la cual la tasa de producción del mismo queda
representada a través de:
ql = J (Pws Pwf)
0 0.3 0.5 1 1.5 2
A B C D E F
A: Muy baja B: Baja C: Medio Baja D: Medio Alta E: Alta F: Muy Alta
33 Es importante destacar que en la representación grafica de la Pwf en función a
como consecuencia que el valor J permanezca más o menos constante. La curva IPR
representa una foto instantánea de la capacidad que tiene un yacimiento de aportar
fluidos hacia un pozo en particular en un momento dado de su vida productiva, siendo
normal que dicha capacidad disminuya a lo largo del tiempo, por la reducción de la
permeabilidad (K) en las áreas cercanas al pozo, por la reducción de la presión del
yacimiento y por el aumento de la viscosidad del crudo a medida que se evaporizan sus
fracciones más livianas.
Factores que afectan la IPR
Para reservorios de petróleo, los principales factores que afectan la curva IPR son:
1-. Una disminución de la permeabilidad relativa al petróleo al incrementarse la
saturación de gas.
2-. Un incremento en la viscosidad del petróleo a medida que la presión
disminuye y el gas se libera.
3-. La contracción del petróleo a medida que el gas se libera al disminuir la
presión.
4-. El daño a la formación alrededor del pozo (S > 0).
5-. Un incremento en la turbulencia al aumentar el caudal.
2.3.3.Sistema de Levantamiento Artificial
Cuando un pozo deja de producir por flujo natural, debe entonces considerarse la
implantación de algún método de levantamiento artificial, definiendo como método de
34 levantamiento artificial toda técnica físico-mecánica que permita levantar una columna
de fluido hasta la superficie. Columna que la formación por sí sola no puede levantar,
producto de la disminución de su energía, y que sólo es capaz de llevar hasta cierto
nivel en la tubería de producción.
Se define Levantamiento Artificial a la utilización de una fuente externa de energía
para levantar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie.
Existen dos tipos básicos: el levantamiento artificial por gas, donde la fuente externa de
energía es gas comprimido y el Levantamiento artificial por bombeo donde la fuente
externa de energía es una bomba accionada por un motor a gas en la superficie o en el
fondo del pozo. El propósito de cualquier método de levantamiento artificial es generar
una curva de demanda de tal forma que permita al yacimiento responder a los
requerimientos de producción preestablecidos. La nueva curva de demanda debe
incluir, además de las condiciones del pozo y las facilidades de superficie, los cambios
originados por el método correspondiente.
2.3.3.1.Tipos de Sistemas de Levantamiento Artificial
Bombeo Mecánico: es aplicado en la producción de crudo pesado,
generalmente en forma muy similar al antiguo bombeo manual doméstico para sacar
agua de un pozo. Consiste en un diseño mecánico donde se emplea una bomba
reciprocante conectada a la superficie por medio de una sarta de cabillas. Las cabillas
son impulsadas hacia abajo y hacia arriba por un equipo de izamiento mecánico
llamado unidad de bombeo. Este sistema es ideal para pozos someros y de muy poco
volumen así como bajo contenido de sólidos, y baja relación gas petróleo. La presencia
de arena y sólidos en el equipo de bombeo puede ser dañino para la bomba de
subsuelo. El hecho de que la unidad requiera mucho espacio en superficie lo hace poco
práctico en pozos costa afuera.
Ventajas:
Fácil de operar y servicios.
Puede cambiarse fácilmente la tasa de producción cambiando la velocidad de
bombeo o la longitud de la carrera.
35
Puedes disminuir la presión de entrada de la bomba para maximizar la
producción.
Usualmente es el método de levantamiento artificial más eficiente.
Pueden intercambiarse fácilmente las unidades de superficie.
Pueden utilizarse motores a gas si no hay disponibilidad eléctrica.
Puedes usar controladores de bombeo para minimizar golpe de fluido, costos
de electricidad y fallas de cabillas.
Puede ser monitoreado de manera remota con un sistema controlador de
bombeo.
Puedes usar modernos análisis dinamometricos de computadora para
optimizar el sistema.
Desventajas:
Es problemático en pozos desviados.
No puede usarse costa afuera por el tamaño del equipo de superficie y la
limitación en la capacidad de producción comparado con otros métodos.
No puede manejar producción excesiva de arena.
La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se maneja gas libre.
Las tasas de producción caen rápido con profundidad comparada con otros
métodos de levantamiento artificial.
No es oportuno en áreas urbanas.
Bombeo Electrosumergible: es un sistema integrado de levantamiento artificial
considerado como un medio económico y efectivo para levantar altos volúmenes de
fluido desde grandes profundidades en una variedad de condiciones de pozo. Es más
aplicable en yacimientos con altos porcentajes de agua y baja relación gas-aceite; sin
embargo, en la actualidad estos equipos han obtenido excelentes resultados en la
producción de fluidos de alta viscosidad en pozos gasíferos, con fluidos abrasivos, de
altas temperaturas y de diámetro reducido.
36
Ventajas:
Capaz de manejar grandes volúmenes de líquidos.
Aplicable en pozos profundos mayores de los 12.000pies.
Muy útil para bajas presiones de fondo.
Desventajas:
No recomendable en pozos de alta RGP.
Necesita corriente de 440 voltios continuos o su tensión eléctrica debe ser
muy estable.
Requiere personal calificado para su mantenimiento.
Diseño relativamente complicado.
Su vida útil es de aproximadamente un año.
No es recomendado para pozos de baja producción, sin embargo puede ser
la solución para campos de poca producción de gas.
Bombeo Hidráulico: este método consiste en tomar un líquido de un reservorio de
fluido motriz en la superficie, lo pasa a través de una bomba reciprocante múltiplex a
pistón o una bomba electrosumergible en la superficie para incrementar la presión del
líquido, e inyectar el líquido a presión dentro del pozo a través de una sarta de tubería.
Al fondo de la sarta de tubería de inyección, el líquido a presión se introduce en una
sección motriz hidráulica, colocada por debajo del nivel de fluido a producir.
Ventajas:
Se aplica para pozos de petróleo extrapesado.
Aplicable para bajas tazas y bajas presiones de fondo.
Generalmente no requiere de taladro para el reemplazo de la bomba.
Es aplicable en pozos profundos de hasta más de 14.000 pies.
Desventajas:
El personal del campo debe esforzase al máximo para mantener la bomba en
operación.
37
Los componentes del sistema son sofisticados, no así, para la bomba jet que
no tiene partes movibles.
Altos costos de instalación.
Requiere de un sistema superficial de líquido de alta potencia.
No es aplicable en pozos de alta RGP.
Bombeo de Cavidad Progresiva: este sistema esta compuesto por un rotor y un
estator ubicados al fondo del pozo; para generar un movimiento continuo rotativo. El
rotor gira dentro del estator para formar cavidades progresivas ascendentes y este
proceso desplaza el fluido desde el fondo hasta la superficie en flujo continuo.
Ventajas:
El costo inicial es 1/3 del costo de un balancín y su mantenimiento puede ser
hasta cuatro veces menor.
Capacidad para producir petróleo viscoso (8 a 21° API) y con alta
concentración de arena.
Es él más eficiente y opera en forma optima para tazas de 30 a 250 B/d.
Maneja una RGL de hasta 1000 PC/B y como no posee partes reciprocantes,
-
Con respecto al bombeo mecánico, no requiere de base de cemento, opera a
bajo nivel de ruido y su instalación superficial es simple en el propio cabezal
del pozo.
Desventajas:
El elastómero es la parte más sensible del equipo y falla generalmente por
hinchamiento de su material gomoso.
Debido a la falta de información y experiencia, siempre es recomendable
efectuar pruebas piloto, antes de implementar una instalación masiva de las
BCP. Esto evitará fallas de diseño y falsas expectativas con respecto al
desempeño esperado de las bombas.
No aplicada para petróleos aromáticos, ya que hinchan y degradan el material
del elastómero.
38
Las temperaturas superiores a los 260 °F acortan considerablemente la vida
de la bomba.
Levantamiento Artificial por Gas: consiste en inyectar gas a una presión
determinada en la columna de fluido dentro del eductor, a diferentes profundidades
desde la parte más baja de la columna. Al inyectar gas, la presión ejercida por la
columna se reduce y el pozo es capaz de fluir debido a la reducción del gradiente de
fluido, expansión del gas inyectado y desplazamiento de fluido la expansión del gas
comprimido. Esta adición de gas puede efectuarse de dos maneras. Por flujo continuo
(Gas lift continuo): donde el gas se inyecta al pozo de manera continua y a una taza
relativamente baja; y por flujo intermitente (Gas lift intermitente): donde el gas se
inyecta al pozo periódicamente a tasas muy elevadas.
Ventajas:
Se aplica para crudos livianos y medianos.
Posee relativo bajo costo de instalación y mantenimiento.
No requiere de taladro para cambiar las válvulas.
En el mar, la plataforma puede ser pequeña.
Aplicable en pozos de alta RGP.
Su diseño es flexible, puede operar para diferentes tazas.
Muy poco afectado por la producción de arena.
Su eficiencia es poco afectada por la desviación del pozo.
En LAG continuo no existen partes movibles, por lo que alarga su vida de
servicio.
La tubería queda libre, por lo cual no se impiden trabajos como la toma de
data de presiones, cambio de zonas y limpiezas coiled tubing.
Se puede aplicar en pozos profundos, superior a los 10.000pies.
Aplicable en completaciones múltiples.
Fácil de instalar en revestidores pequeños.
39
Desventajas:
Necesita de una fuente de gas y requiere de facilidades de compresión.
El personal técnico debe ser calificado.
Presenta cierto riesgo debido a las altas presiones de gas involucradas.
No es económica en pozos distantes.
Si el gas de LAG es corrosivo el mismo debe ser tratado.
El casing de producción debe estar en buenas condiciones.
2.3.4. Sistema de Bombeo Mecánico
Es uno de los métodos de producción mundialmente mas utilizados (80 % -
90%). Su principal característica es el uso de una unidad de bombeo para transmitir
movimiento a la bomba de subsuelo a través de una serie de cabillas y mediante la
energía suministrada por un motor.
Descripción General
Este método emplea una bomba reciprocante de desplazamiento positivo en el
fondo del pozo para elevar la presión de fluido y enviarlo a la superficie. La bomba de
subsuelo está compuesta por los siguientes elementos básicos: el barril, el pistón, las
válvula fija y viajera. Para que ocurra la acción de bombeo, el pistón realiza un
movimiento reciprocante dentro del barril. Las válvulas fija y viajera, son válvulas de no
retorno, de bola y asiento, de modo que solo permiten el flujo en la dirección al cabezal.
El volumen encerrado entre estas dos válvulas constituye la cámara de bombeo.
Cuando el pistón asciende la válvula viajera se cierra y la fija se abre,
permitiendo la entrada de fluido hacia la cámara de bombeo. Cuando el pistón
desciende, se cierra la válvula fija y se abre la válvula viajera, lo cual permite la salida
del fluido de la cámara de bombeo hacia la descarga de la bomba.
La bomba de subsuelo es accionada por una sarta de cabillas que transmite el
movimiento reciprocante desde la superficie hasta la bomba en el extremo superior de
40 la sarta de cabillas se encuentra la barra pulida, la cual se encarga de garantizar un
buen sello en la prensa-estopas colocado sobre el cabezal, de modo de minimizar la
fuga de fluidos de producción. La barra pulida es accionada por el elevador colocado en
el cabezote del balancín de superficie.
El balancín es un conjunto de elementos mecánicos que se encargan de
transformar el movimiento giratorio de un motor, generalmente eléctrico, en movimiento
reciprocante. Debido a que el número de carreras por minutos requeridos a nivel del
sistema de bombeo es relativamente bajo, es necesario colocar una caja reductora
entre el motor y el balancín.
Figura 1. Sistema de Bombeo Mecánico .Fuente: CIED (2002)
41 Tabla 1. Rango de aplicación para el Sistema de levantamiento Artificial por Bombeo Mecánico. Fuente: CIED (2001)
Equipo de Producción
El sistema de bombeo mecánico está constituido especialmente por dos equipos:
subsuelo y superficie. El primero debe estar adaptado a la completación original del
pozo, lo que representa las limitaciones del diseño. A continuación se examinan cada
uno de estos componentes:
Equipo de Superficie
a.- Unidad de Bombeo:
La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional de la
unidad motriz al movimiento ascendente-descendente de la barra pulida. Una unidad de
bombeo apropiadamente diseñada tiene el tamaño exacto de caja de engranaje y
estructura. También tiene suficiente capacidad de carrera para producir el fluido que se
desea. Si bien todas las unidades de bombeo tienen características comunes, estas
también tienen diferencias que podrían influenciar significativamente el comportamiento
del sistema.
Los diferentes tamaños, características y funcionamientos permiten un número
ilimitado de balancines, sin embargo; pueden dividirse en los siguientes tipos básicos.
Índice de
productividad
0.1-5.0 B/D/psi Tasa de producción 20-2000 B/D
Volumen de gas 0.01-0.15 MMPCD RGL 10-300 PC/Bl
A y S 0-100% Nivel de fluido 400-8000 pies
Gravedad 6-35 °API Viscosidad 100-800000 cps
Profundidad 400-8000 pies Diámetro de
revestidor
4 ½ - 9 5/8 pulg
42 Las siguientes unidades de bombeo cumplen las especificaciones API en sus diseños y
son las más utilizadas para el levantamiento mecánico, porque sus costos de operación
son relativamente bajos y por su amplia adaptación a las condiciones de los pozos. El
principio de operación es el mismo para todas las unidades API: una viga viajera
accionada por la caja de engranajes, la cual es un reductor que recibe movimiento,
mediante las correas del motor. Sin embargo, basándose en la geometría y contrapeso
de la unidad pueden clasificarse en:
Convencional: Es la mas conocida y popular en todos los campos petroleros. Su
principio de operación es el siguiente: el movimiento rotativo del motor es transmitido
por medio de correas a la caja de transmisión, la cual reduce la velocidad a través de
un sistema de engranajes. Este movimiento es comunicado a la viga viajera, mediante
conexión biela-manivela y convertido en alternativo vertical, reflejado en la barra pulida.
La mayoría de estas unidades son balanceadas en la manivela y otras con cajas de
engranajes pequeñas (menores de 114 Mlbs-pulgadas), pueden ser balanceadas en la
viga viajera. Los tamaños de las cajas de engranajes varían en el rango de 25 y 912
Mlbs-pulgadas y la longitud de carrera varía entre 12 y 168 pulgadas.
Figura 2. Unidad de Bombeo Convencional. Fuente: CIED (2002)
43
Mark II: Es un rediseño del convencional que cambia la posición de los brazos y
el poste maestro para obtener un sistema unitorsional, a fin de reducir el torque en la
caja de engranajes. Esta unidad de geometría es generalmente capaz de soportar mas
fluido sin necesidad de sobrecargar el equipo, cuando se compara con unidades
convencionales o balanceadas por aire; sin embargo, es mas costoso manufacturar su
estructura y necesita mayor contrabalanceo. El balanceo de estas unidades es
necesariamente en la manivela y su requerimiento adicional es para contrarrestar el
desbalance estructural, originado por su singular geometría de fabricación. El tamaño
de la caja de engranajes varía desde 114 Mlbs-pulgadas hasta 1280 Mlbs-pulgadas y
el rango de longitud de carrera entre 64 y 216 pulgadas.
Figura 3. Unidad de Bombeo Unitorque Mark II .Fuente: CIED (2002)
Balanceadas por Aire: estas unidades utilizan un cilindro con aire comprimido en
lugar de pesas de hierro. Esta cualidad hace que sean favoritas para usarlas en
operaciones costa afuera y cuando es necesario mover con frecuencia la unidad de
pozo a pozo, porque reducen los costos de transporte e instalación. Los costos de
operación de estas unidades son generalmente más altos que los anteriores debido al
mantenimiento del cilindro de aire, pistón, compresor y controles neumáticos. Estas
44 unidades son más resistentes a cargas que las convencionales y los torques de la caja
de engranajes varían desde 114 hasta 2560 Mlbs-pulgadas. Por otra parte, también es
mayor el rango de longitud de embolada (64-240 pulgadas).
Figura 4. Unidad de Bombeo Balanceado por Aire. Fuente: CIED (2002)
Rotativos: este sistema está compuesto por un rotor y estator en el fondo del
pozo; un motor eléctrico y un cabezal de rotación en superficie, para generar un
movimiento continuo rotativo. El rotor gira dentro del estator para formar cavidades
progresivas ascendentes y este proceso desplaza el fluido desde el fondo del pozo
hasta la superficie en flujo continuo.
Figura 5. Unidad Rotativa de Bombeo. Fuente: CIED (2002)
45
Nomenclatura de la Unidad de Bombeo
La API ha desarrollado un método estándar para describir las unidades de
bombeo. Es como sigue:
La letra C significa unidad convencional. La letra M significa una unidad Mark II y
la letra A una unidad balanceada por aire. También pueden verse otras combinaciones
de letras simples o dobles para nuevos tipos de unidades de bombeo tales como RM
para unidades Lufkin Mark Revers.
El primer número es la designación de la capacidad de carga de la caja de
engranaje en Miles libras-plg (torque), en el ejemplo, la capacidad de la caja de
engranaje es hasta 320.000 lbs-plg. El segundo número es la capacidad de la
estructura en cientos de libras. En el ejemplo este rango significa que para evitar sobre
cargas en la estructura de la unidad, la barra pulida no debe exceder de 25.600 lbs. El
ultimo numero muestra el longitud máxima de la carrera de la unidad en pulgadas (100
plg en el caso ejemplo). Las unidades de bombeo usualmente tienen desde 2 hasta 5
longitudes de carrera. Los catálogos de las unidades muestran todas las longitudes de
carrera disponibles.
b.- Unidad Motriz:
La unidad motriz es típicamente un motor eléctrico o a gas. La mayoría de las
unidades motrices son motores eléctricos. Motores a gas son usados en locaciones sin
electricidad. La función de la unidad motriz es suministrar la potencia que el sistema de
bombeo necesita. La unidad motriz afecta el consumo de energía y las cargas de la
caja de engranaje. Los hp del motor dependen de la profundidad, nivel de fluido,
velocidad de bombeo y balanceo de la unidad. Es importante entender que el tamaño
46 de la unidad motriz puede tener un impacto significativo en la eficiencia del sistema.
En la mayoría de los campos petroleros los motores están usualmente sobre
dimensionadas. Esto garantiza que estarán disponible suficientes caballos de fuerza en
el sistema pero al precio de bajar la eficiencia. Motores eléctricos alcanzan sus
eficiencias más altas cuando las cargas están cercanas a la potencia de la etiqueta
(Placa del motor). Cuando un motor esta poco cargado la eficiencia es menor.
Los motores eléctricos y a gas son componentes de bajo torque y altos rpm. La
variación de velocidad de la unidad motriz afecta la caja de engranaje, las cargas en las
cabillas y también la velocidad de bombeo. Variaciones de velocidad altas del motor
reducen el torque neto en la caja de engranaje. Por ejemplo, en la carrera ascendente
donde la barra pulida soporta las mayores cargas, el motor desacelera. Debido a esta
reducción de velocidad, la inercia de los contrapesos (resistencia al cambio en
velocidad) ayuda a reducir el torque de la caja de engranaje liberando energía kinetica
almacenada. Esto también reduce las cargas picos en la barra pulida reduciendo la
aceleración de la barra pulida.
En la carrera descendente la unidad acelera resultando en cargas mínimas sobre la
barra pulida. Por lo tanto, variaciones de velocidad altas en la uni
las cartas dinamograficas al compararse con unidades motrices de baja variación de
velocidad. Esto resulta en rangos bajos de tensión y por ende en disminución de la
fatiga en las cabillas.
Motores Eléctricos
Los motores eléctricos para bombas de cabillas son principalmente motores de
inducción de tres fases. NEMA D (Nacional Electrical Manufacturers Association)
clasifica los motores según el deslizamiento y las características de torque durante el
arranque. El porcentaje de deslizamiento es definido como:
Ecuación (1)
47
Donde es la velocidad sincronía del motor (usualmente 1200 rpm) y es la
velocidad para cargas completas.
La variación de velocidad es diferente del deslizamiento. Se define como:
Ecuación (2)
NEMA D es el motor de unidad de bombeo mas ampliamente reconocido. Su rango
de deslizamiento va desde 5% hasta 13%. Otros motores en el campo petrolero
incluyen NEMA C con un máximo deslizamiento de 5% y NEMA B con un máximo
deslizamiento de 3%.
Motores de Ultra Alto Deslizamiento
Motores eléctricos especiales con deslizamiento mayor al 13% son denominados
motores de ultra alto deslizamiento. Estos son diseñados para variaciones altas de
velocidad y pueden ayudar a reducir los torques picos en la caja de engranaje y las
cargas de las cabillas. Puedes calibrar los motores ultra de alto deslizamiento en
diferentes modos dependiendo del deslizamiento y torque en el arranque deseado. El
modo en bajo torque ofrece los más bajos torque en la arrancada y las variaciones de
velocidad más grandes. El modo de alto torque ofrece los mayores torque en la
arrancada y las variaciones de velocidad mas bajas. Motores de Ultra alto deslizamiento
usualmente tienen un modo medio o bajo-medio con características entre los modos de
bajo y alto torque.
Un dimensionamiento correcto del motor de ultra alto deslizamiento podría tener
una variación de velocidad de hasta un 50%. Usualmente esto resulta en torques más
bajos en la caja de engranaje y cargas en las cabillas comparado a sistemas con
unidades motrices de bajo deslizamiento. Un motor ultra de alto deslizamiento debe ser
correctamente dimensionado y aplicado para las condiciones correctas del pozo para
reducir el torque a través de las variaciones altas de velocidad. Un motor sobre
48 diseñado puede no cargarse lo suficiente para variar la velocidad y podría realmente
comportarse como un motor NEMA D.
Motores a Gas
Existen dos tipos de motores a gas. Motores de baja velocidad con uno o dos
cilindros, y motores multicilindros de alta velocidad. Motores de baja velocidad tienen
velocidades de 700 rpm o menores y alto torque. Motores multicilindros pueden tener
altas variaciones de velocidad (hasta un 35%) mas que motores de baja velocidad.
Motores de gas típicamente queman gas rentado y son generalmente más baratos
que operar motores eléctricos. Sin embargo, los costos de capital y el mantenimiento
son usualmente más altos que para motores eléctricos. Motores a gas son
primordialmente utilizados en locaciones remotas sin disponibilidad de electricidad.
c.- Caja de Engranaje y Contrapesos:
Caja de Engranaje
La función de la caja de engranaje es convertir torque bajos y altas rpm de la
unidad motriz en altos torque y bajas rpm necesarias para operar la unidad de bombeo.
Una reducción típica de una caja de engranaje es 30:1. Esto significa que la caja de
engranaje reduce los rpm a la entrada 30 veces mientras intensifica el torque de
entrada 30 veces.
Contrapesos
Si la caja de engranaje tuviera que suplir todo el torque que la unidad de bombeo
necesita para operar, su tamaño debería ser demasiado grande. Afortunadamente, al
usar contrapesos, el tamaño de la caja de engranaje puede ser minimizado.
Los contrapesos ayudan a reducir el torque que la caja debe suministrar. Estos
ayudan a la caja durante la carrera ascendente cuando las cargas en la barra pulida
son las más grandes. En la carrera descendente, la caja de engranaje levanta los
49 contrapesos con la ayuda de las cargas de las cabillas, quedando listos para ayudar
nuevamente en la carrera ascendente. En otras palabras, en la carrera ascendente, las
contrapesas proporcionan energía a la caja de engranaje (Al caer). En la carrera
descendente estos almacenan energía (subiendo). La condición operacional ideal es
igualar el torque en la carrera ascendente y descendente usando la cantidad correcta
del momento de contrabalanceo. Cuando esto ocurre la unidad esta Balanceada.
Una unidad fuera de balance puede sobrecargar el motor y la caja de engranaje.
Esto puede resultar en fallas costosas y perdidas de producción si no se corrige a
tiempo. Para determinar si la unidad esta balanceada, debe hacerse un análisis de
torque o registrar un grafico de amperaje del motor en la carrera ascendente y
descendente.
d.- Barra Pulida, Estoperas y Líneas de Flujo:
La barra pulida conecta la unidad de bombeo a la sarta de cabillas y es la única
parte de la sarta que es visible en la superficie. Como su nombre lo dice, la barra pulida
tiene una superficie lisa y brillante. La superficie de la barra pulida previene el desgaste
de las empacaduras del prensa estopa. Las empacaduras del prensa estopa están
diseñadas para prevenir fugas de fluido. Si el pozo no produce suficiente petróleo para
mantener lubricada la barra pulida entonces un lubricador es usualmente instalado
encima del prensa estopa. Este lubricador prevendrá daños en la prensa estopa y la
barra pulida con la constante lubricación.
Las empacaduras del prensa estopa son apretadas para prevenir fugas en el
cabezal. Pero, si se aprietan demasiado, podrían incrementarse las perdidas de
potencia en la barra pulida resultando en una mala interpretación de la carta dinagrafica
por la distorsión de las cargas sobre la barra pulida. La función principal de la barra
pulida es soportar el peso de la sarta de cabillas, bomba y fluido. Por lo tanto, la barra
pulida experimenta cargas más altas que cualquier otra parte de la sarta.
50
Las líneas de flujo conectan el cabezal del pozo con el separador. Aunque este
curso no cubre los equipos más allá del cabezal, es importante entender el efecto de la
presión de la línea de flujo en el sistema de bombeo por cabillas. Como si discutió
arriba, la barra pulida soporta el peso de la sarta de cabillas y el fluido. También, debe
sobreponerse a la presión en la línea. Altas presiones en la línea pueden resultar en
altas cargas en la barra pulida y una baja en la eficiencia. Estas cargas adicionales en
la barra pulida dependerán del diámetro del pistón. Mientras más grande sea el tamaño
del pistón, más grande será el efecto de la presión de la línea de flujo en el sistema.
Válvulas de Contrapresión
En pozos con exceso de gas tendrá que instalarse un orificio o pressure back en la
línea de flujo. Esto es necesario para
Esto ocurre cuando:
Cuando el fluido producido se acerca a la superficie del pozo la presión va en
descenso. Esto causa expansión del gas dentro de la tubería de producción
desalojando el líquido hacia la superficie. A medida que el gas fuerza la salida del
líquido hacia las líneas de flujo, la presión en la tubería disminuye, y más y más gas
podrá expandirse.
Cabeceos causan ciclos de alta producción seguidos por periodos de baja
producción o ninguna producción. Al comienzo del cabeceo, el gas en expansión
empuja el liquido dentro de las líneas de flujo y aumento la producción
momentáneamente. Sin embargo, el líquido que deja la tubería es reemplazado por
más y más gas libre. Eventualmente, la tubería queda seca, y la producción se detiene
hasta que la tubería se llene con fluido nuevamente. En un pozo de bombeo, el
cabeceo es indeseable y debe ser controlado. La forma mas común de detener el
cabeceo es usando un orificio o una válvula de desahogo de presión. Este dispositivo
incrementa la presión en la línea de flujo para evitar el gas se expanda y cause
cabeceo. Incrementar la presión en la tubería 50-60 lpc es frecuentemente suficiente
para detener el cabeceo. La válvula de presión de desahogo es diseñada para cerrar
cuando la presión de tubería es baja y para abrir cuando la presión de la tubería
51 aumenta. La bola en este tipo de válvula se mantiene cerrada con un resorte enrollado.
Cuando la presión en la tubería excede la tensión del resorte la válvula se abre.
Si bien esto mantiene libre de cabeceo al pozo, debido a la presión agregada al
pistón, el sistema deberá realizar un trabajo mayor. Esto sin duda disminuye la
eficiencia del sistema. Por lo tanto, válvulas de presión de retorno y orificios deben
usarse solo cuando el pozo presenta cabeceo.
Equipo de Fondo
a.- Sarta de Cabillas:
La sarta de cabillas conecta la bomba de fondo con la barra pulida. La función
principal es transmitir el movimiento oscilatorio de la barra pulida a la bomba. Esto
proporciona la potencia necesaria por la bomba para producir hidrocarburos. La
resistencia, vida útil y fuerzas fricciónales de la sarta de cabillas tiene un impacto
significativo en la economía de un pozo.
Las cabillas de succión son hechas de acero o fibra de vidrio. La mayoría de las
cabillas son fabricadas 100% en acero. Sartas parcialmente acero y fibra de vidrio son
también comunes en muchos campos petroleros. Estas son principalmente utilizadas en
localizaciones con problemas de corrosión, para reducir cargas en la unidad de
bombeo, para evitar la compra de unidades excesivamente grandes o para incrementar
la tasa de producción. Cabillas de acero son fabricadas en longitudes de 25 o 30 pies.
Cabillas de fibra de vidrio son construidas en longitudes de 25, 30 o 37,5 pies. El
tamaño de cabillas de fibra de vidrio mas común es 37.5 pies. Esto reduce el numero de
acoples haciendo la sarta tan ligera como sea posible. El rango del diámetro de cabillas
de acero va de 0.5 plg hasta 1.25 plg, para las de fibra de vidrio se encuentran rangos
desde 0.75 plg hasta 1.5 plg.
Cada cabilla de la sarta debe soportar las cargas de fluido y el peso de las cabillas
por debajo de ellas. Para minimizar los costos y las cargas tensiónales, la sarta de
52 cabillas se diseña usualmente de forma ahusada (adelgazamiento en forma cilíndrica).
Diámetros mayores de cabillas son colocados en el tope y más pequeños en la base.
Dependiendo de la profundidad, la sarta de cabillas va desde una (1) hasta cinco (5)
secciones ahusadas. Las secc - - -
(Cabillas de diámetro mayor para el fondo de la sarta) son comúnmente usadas para
sobreponerse a las fuerzas de flotación y minimizar la compresión en las cabillas en la
base de la sarta. En el diseño de las sartas de cabillas, un ensayo para determinar el
porcentaje en cada sección debería resultar en las mismas cargas tensiónales al tope
de cada sección de cabillas.
La sarta de cabillas tiene un impacto mayor en el comportamiento del sistema.
Afecta las cargas en la barra pulida y la caja de engranaje, consumo de energía, torque
en la caja de engranaje, carrera de fondo, y frecuencia de fallas de las cabillas.
b.- Tubería de Producción:
El fluido se produce a través del anular, tubería-cabillas hasta la superficie. Cuando
la tubería esta anclada al anular, esta tiene un efecto menor en el comportamiento del
sistema en la mayoría de los casos. Si la tubería no esta anclada entonces podría
afectar las cargas sobre las cabillas y el desplazamiento de la bomba debido a su
estiramiento. El estiramiento de la tubería será cubierto con más detalle luego. Algunos
problemas que pueden afectar el comportamiento del sistema incluyen:
1. Restricciones de flujo debido a parafinas y escamas.
2. Cuellos de botella pueden ocurrir cuando la bomba tiene diámetros mayores que
el diámetro interno de la tubería.
3. Hoyos desviados que incrementan la fricción entre cabillas y tubería.
4. Tubería que es demasiado pequeña para la tasa de producción.
Todos estos problemas resultan en cargas más altas en todos los componentes del
sistema. También, fugas en tubería pueden disminuir significativamente la eficiencia del
sistema si no es detectada y corregida a tiempo.
53
c.- Bomba de Subsuelo:
La típica bomba por cabillas de succión es un arreglo embolo-cilindro. En la
terminología de campos petroleros el embolo es llamado pistón y el cilindro se le
conoce como barril de la bomba. El pistón tiene una válvula de bola y asiento llamado
válvula viajera debido a que viaja hacia arriba y hacia abajo con el pistón. A la entrada
del barril de la bomba existe otra válvula llamada válvula fija debido a que esta fijada a
la tubería y no se mueve. La Figura muestra un diagrama simplificado de las bombas de
cabillas.
La operación de la bomba afecta todos los componentes del sistema. Esta influye
en las cargas sobre la sarta de cabillas, unidad de bombeo, caja de engranaje y motor.
Sistemas con bombas de calibres grandes son muy sensibles a la presión en la línea de
flujo, incluso pequeños aumentos en la presión de la línea podrían incrementar
significativamente las cargas en la barra pulida.
Acción de las Válvulas.
Asumiendo que la bomba esta llena con liquido incompresible tal como petróleo
muerto o agua. La Figura muestra como se comportan las válvulas viajeras y fijas
durante el ciclo de bombeo.
Figura 6. Acción de las Válvulas. Fuente: CIED (2002)
54
Carrera Ascendente.
En la carrera ascendente, cuando el pistón comienza a moverse hacia arriba, la
válvula viajera cierra y levanta las cargas del fluido. Esto genera un vació en el barril de
la bomba que causa la apertura de la válvula fija permitiendo que el fluido proveniente
del yacimiento llene la bomba.
Carrera Descendente.
En la carrera descendente, cuando el pistón comienza a moverse hacia abajo, la
válvula fija se cierra y el fluido en el barril de la bomba empuja la válvula viajera
abriendo esta. El pistón viaja a través del fluido que se ha desplazado hacia la bomba
durante la carrera ascendente. Luego el ciclo se repite.
Para un caso ideal de bomba llena y fluido incompresible, en la carrera
ascendente la válvula viajera cierra, la fija abre y el fluido comienza a ser bombeado a
través de la tubería hasta la superficie. En la carrera descendente, la válvula viajera
abre y la fija cierra. Sin la acción de las válvulas, la producción no seria posible. Si la
válvula fija no abre, el fluido no entraría a la bomba. Si la válvula viajera no abre
entonces el fluido no entraría a la tubería.
d.- Bombas de Fondo:
Las bombas de subsuelo son uno de los componentes claves del sistema de
bombeo mecánico. El tamaño del pistón de la bomba determina la tasa de producción,
cargas en las cabillas, y cargas en todos los componentes del sistema. En adición a las
cargas en las cabillas y la unidad de bombeo, la vida de la bomba afecta la rentabilidad
del pozo. Si los componentes de la bomba se desgastan, la eficiencia de todo el
sistema se reduce. La selección de la bomba adecuada incrementa la eficiencia del
sistema y extiende la vida del equipo. Usualmente, una bomba grande y velocidades de
bombeo bajas pueden incrementar la eficiencia del sistema.
55
Existen básicamente tres tipos de bombas. Estas son:
De tubería
Insertables
Bombas de revestidor (Large bore)
Indiferentemente del tipo, las bombas de subsuelo tienen los siguientes
componentes principales:
El pistón
El barril
La válvula viajera
Válvula fija
Las bombas son de pared gruesa y de pared delgada. Las primeras son utilizadas
en pozos poco profundos debido a su capacidad limitada ante grandes esfuerzos. Y las
segundas son utilizadas en pozos más profundos o bombas de diámetro grande que
necesitan soportar grandes cargas de fluido. La profundidad máxima de asentamiento
depende de cual tipo de bomba es:
Tabla 2. Profundidades de Asentamiento dependiendo del tipo de Bomba. Fuente: CIED (2001)
56
Designación API para las Bombas.
El Instituto Americano del Petróleo (API) ha desarrollado un método para designar
las bombas de subsuelo. La designación API proporciona una manera concisa para
describir las bombas. La Figura 3.1 muestra como el código de la bomba es definido
usando un ejemplo. En este ejemplo el código de la bomba representa una bomba de 1-
- barril viajero, pared
gruesa, y un ensamblaje de asentamiento mecánico. El barril es de 30 pies de longitud,
tiene un pistón de cinco pies, y una extensión de cuatro pies de longitud.
Figura 7. Designación API de las Bombas de Subsuelo. Fuente: CIED (2002)
RHA: Cabillas, Barril estacionario de pared gruesa, anclada en el tope.
RLA: Cabillas, Barril estacionario, anclada en el tope.
RWA: Cabillas, Barril estacionario de pared delgada, anclada en el tope.
57
RSA: Cabillas, Barril estacionario de pared delgada, anclada en el tope, pistón de la
bomba tipo empacadura suave.
RHB: Cabillas, barril estacionario de pared gruesa, anclada en el fondo.
RLB: Cabillas, barril estacionario, anclada en el fondo.
RWB: Cabillas, barril estacionario de pared delgada, anclada en el fondo.
RSB: Cabillas, barril estacionario de pared delgada, anclada en el fondo,
empacadura suave.
RHT: Cabillas, Barril viajero de pared gruesa, anclada en el fondo.
RLT: Cabillas, Barril viajero, anclada en el fondo.
RWT: Cabillas, barril viajero de pared delgada, anclada en el fondo.
RST: Cabillas, barril viajero de pared delgada, anclada en el fondo, empacadura
suave.
TH: De tubería, barril de pared gruesa.
TL: De tubería, liner barrel puma.
TP: De tubería, barril de pared gruesa, empacadura suave.
Figura 8. Bombas API. Fuente: CIED (2002)
58
Bombas de Tubería
Las bombas de tubería son principalmente utilizadas para altas tasas de producción
en pozos poco profundos comparados con las bombas insertables. Por lo tanto, pueden
utilizarse diámetros de pistón mayores a los usados con bombas insertables.
Instalación de la Bomba
El pistón de la bomba de tubería esta conectado en la base de la sarta de cabillas.
Las bombas de tubería pueden por igual tener válvulas fijas removibles o fijas. Para las
válvulas removibles, cuando la bomba es corrida dentro del pozo, tiene la válvula fija
conectada en la base con un recuperador de válvula fija. Cuando la bomba golpea el
fondo la válvula fija cierra dentro del sello del niple. Dependiendo del tipo de mecanismo
del niple de asentamiento el sello es igual mecánico o por copas de fricción. Luego que
el niple de asentamiento es colocado en sitio, es liberado girando la sarta de cabillas en
sentido antihorario. El barril para las bombas comunes de tubería es de ¼ plg mas
pequeño que el diámetro interno de la sarta de tuberías para permitir espacio suficiente
para bajar el pistón en la tubería.
La bomba es espaciada levantando el pistón una distancia suficiente desde el fondo
para prevenir que la bomba golpee en la carrera descendente. La válvula fija no
removible es instalada en el fondo de la tubería cuando es inicialmente bajada en el
pozo. Esta válvula es mucho más grande que las de tipo insertable.
Bombas de Cabillas (Insertables)
Bombas de cabillas o insertables son populares debido a que ellas son fáciles de
instalar y reparar. Existen varios tipos de bombas insertables dependiendo de las
condiciones el pozo, tasa de producción, y profundidad del pozo. La Figura 3.2 muestra
las bombas de cabillas más comunes que incluyen:
1. Bombas de barril estacionario anclado en el fondo.
59
2. Bombas de barril viajero anclado en el fondo.
3. Bombas de barril estacionario anclado en el tope.
Un tipo especial de bomba insertable es la bomba de revestidor. Esta es
principalmente usada en pozos someros con altas tasas de producción.
Instalación de la Bomba
Las bombas insertables se corren dentro del hoyo conectadas a la sarta de cabillas.
La base o tope de la bomba (dependiendo del tipo de bomba) tiene un anclaje que
cierra dentro de un niple de asentamiento en la base de la tubería. El anclaje de la
bomba esta compuesto por copas u o-rings. Están diseñados para ajustar fuerte en el
niple de asentamiento para prevenir fuga de fluido desde la tubería hacia el anular. El
anclaje puede también ser mecánico tal como un resorte clips que cierra en sitio. Luego
que la bomba es asentada es espaciada levantando las cabillas.
Las bombas de revestidor son instaladas en pozos sin tuberías. Estas se conectan
en la base de las cabillas cuando se instala. Una empacadura es utilizada para anclar la
bomba al revestidor y proporciona un pack-off entre el barril de la bomba y el revestidor.
e.- Bolas y Asientos:
Ambas válvulas, la viajera y la fija de las bombas de subsuelo son combinaciones
bolas y asiento. El ensamblaje bola y asiento esta en una jaula que permite el flujo de
fluidos mientras mantiene la bola en posición de asentar apropiadamente. Algunas
veces desgaste en los anillos de la jaula causa que la bola golpee el asiento fuera del
centro. Esto acelera el desgaste de la bomba. Para combatir este problema puede
usarse anillos extra resistentes que soporten deformación del metal.
Dependiendo de las condiciones del pozo podría ser necesario usar materiales
diferentes para alargar la vida útil de las bolas y asientos. En pozos con ambientes poco
agresivos, sin producción de arena, bolas y asientos de acero inoxidable son una buena
60 elección considerando los bajos costos de estas. Cuando se esta en presencia de
producción de fluidos abrasivos, podrían necesitarse bolas y asientos de carbono o
cerámica para extender la vida de la bomba.
En pozos con problemas severos de abrasión, tales como producción excesiva de
arena, operadores de campo han encontrado que las bolas de cerámica en asientos de
carbono incrementan la vida de la bomba. Sin embargo, estas son considerablemente
más costosas que las convencionales. Para prolongar la vida de la bomba, pueden
usarse ensamblajes de doble bolas y asientos para las válvulas fijas y viajeras para
reducir la erosión por corte del fluido. Sin embargo, debido a los costos adicionales de
válvulas dobles estas son recomendadas solo en pozos con severos problemas de
corte por fluidos.
f.- Pistones:
Existen dos tipos de pistones: metal-metal y empaque suave. Empaque suave son
menos costosos al momento de comprar o repararlos. Sin embargo, estos no son tan
eficientes como los de metal-metal y no pueden bombear en pozos profundos. La
longitud del pistón varia entre 6 y 12 plg por cada 1000 pies de profundidad de la
bomba. Esta longitud varia también dependiendo de la viscosidad del fluido,
temperatura de fondo, diámetro del pistón y espacio libre entre el pistón y el barril. Por
ejemplo, si se utiliza un pistón de 8 plg por cada 1000 pies entonces a un pozo de 6000
pies necesitara un pistón de 4 pies.
Pistones de Empaque Suave
Los pistones de empaque suave pueden ser por igual de tipo copa o tipo anillo, o
una combinación de ambos. Los pistones tipo anillos tiene cualquier composición o
anillos de flexite. Debido al gran espacio libre entre el pistón y el barril, las bombas con
empaques suaves presentan mayores perdidas por escurrimiento y por lo tanto
menores eficiencias volumétricas que los de metal-metal.
61
Pistones Tipo Copa
Pistones tipo copa usan la presión del fluido para expandirse en la carrera
ascendente y proveer el sello entre el pistón y el barril. Las copas son fabricadas con
diferentes tipos de materiales sintéticos para diferentes aplicaciones. Estos son
típicamente usados en pozos de menos de 3000 pies. Las ventajas de estos pistones
incluyen la habilidad de compensar el desgate del barril y tener bajos costos de
reparación.
Pistones Tipo Anillo
Pueden usarse pistones tipo anillo para lograr fits pequeños entre el pistón y el
barril de la bomba. Estos pistones son más comunes que los de tipo copa debido a que
son los apropiados para profundidades de hasta 7000 pies. Pistones tipo anillo de
flexite tiene anillos impregnados de grafito que son autolubricantes. Estos pistones son
excelentes para pozos con altos cortes de agua y con problemas de corrosión.
Pistones Metal-Metal
Los pistones metal-metal son por igual lisos o ranurados. Estos son usados en
pozos profundos o en pozos que producen sin sólidos. Debido al pequeño espacio entre
el pistón y el barril (desde 0.001 hasta 0.005), los pistones de metal permiten eficiencias
de la bomba más altas que los de empaque suave. Sin embargo, cuando el pozo
produce sólidos, estos pistones pueden no ser los indicados para el trabajo debido a
que el desgaste seria más rápido que con pistones de empaque suave.
g.- Bombas Especiales:
Debido a la variedad de la condiciones de pozo que podrían encontrarse, una
bomba API no siempre produciría de manera eficiente. En esta situación podría
considerarse usar bombas especiales diseñadas para problemas específicos de fondo.
Problemas de pozo para los cuales hay bombas especiales disponibles incluyen: golpe
62 de fluido, interferencia de gas, erosión por sólidos, y crudo pesado.
Se necesita estar consciente de las ventajas y desventajas de las bombas
especiales. Bombas que son muy complicadas podrían crear más problemas de los que
resuelven. Pruebas de campo en algunos pocos pozos se recomiendan para determinar
si una bomba especial podría trabajar bien bajo sus condiciones particulares de
producción.
Bomba Insertable de Tres Tubos
Pozos que producen arena en cantidad u otros materiales abrasivos es causa de
atascamiento y fallas frecuentes en las bombas. La bomba de tres tubos evita muchos
de estos problemas que tienen las bombas convencionales con la arena. Estas bombas
utilizan tres tubos telescópicos sueltos que se ajustan en lugar del barril y el pistón de
las bombas convencionales. Mayores espacios entre la tubería mejora la vida de las
bombas reduciendo el desgaste por arena. El incremento en la vida de la bomba es
debido a que más partículas de arena circulan a través del área sellada. El movimiento
del fluido afuera del tubo viajero impide que la bomba se arene.
Esta bomba es recomendada para pozos que producen grandes volúmenes de
arena. Sin embargo, esta bomba requiere velocidades mayores a los 10 spm y debe
estar completamente sumergida en fluido. Por lo tanto, no es recomendada para pozos
con bajo nivel de fluido.
Bombas de Dos Etapas
Esta bomba esta especialmente diseñada para pozos con interferencia por gas. Es
una bomba insertable que se comporta como dos bombas en serie. En la carrera
ascendente, el fluido es succionado dentro de una gran cámara baja. En la carrera
descendente, el fluido pasa a través de una válvula viajera y entra a una cámara más
pequeña. En la siguiente carrera ascendente, la mezcla es compensada hasta abrir la
válvula viajera y entrar en la tubería. Esta acción efectivamente incrementa la razón de
63 compresión de la bomba y puede ayudar a incrementar la eficiencia en pozos con
interferencia de gas.
Figura 9. Carrera Ascendente y Descendente de la Valvula . Fuente: CIED (2002)
La válvula cargadora esta diseñada para minimizar los efectos dañinos del golpe de
fluido y la interferencia de gas. Puede instalarse sobre la bomba convencional. Como
muestra la Figura 3.3
1. En la carrera ascendente (a), La válvula cargadora esta abierta y la bomba se
comporta como una bomba convencional. La válvula viajera cierra y levanta la carga de
fluido. Al mismo tiempo la válvula fija abre permitiendo que el fluido llene la bomba.
2. Al comienzo de la carrera descendente (b), La válvula cargadora cierra,
soportando las cargas de fluido que ahora están fuera de la válvula viajera. La válvula
viajera abre fácilmente debido a que la presión sobre esta es baja, permitiendo que el
gas en la bomba pase a través de la válvula viajera. A medida que sigue bajando el
pistón el fluido entra en la bomba (c).
3. Cerca del final de la carrera descendente (d), si la bomba no esta llena, (Debido
al golpe de fluido o la interferencia por gas), fugas de fluido al pasar la sección delgada
de la cabilla de recuperación, llena la bomba. Esto evita el golpe de fluido en la carrera
ascendente.
64
4. Al comenzar el pistón la carrera ascendente (e)
operación de la bomba es la misma como si fuese convencional.
on severo golpe de fluido e
interferencia por gas, tiene problemas en pozos que producen arena. Desgaste por
arena de la válvula cargadora convertirían la bomba en una convencional.
Una bomba similar a la de carga es la bomba de válvula de anillos superiores
desarrollada por Axelson. Como muestra la Figura 3.4, la válvula de anillo superior no
tiene la porción angosta que la de carga tiene en la cabilla de recuperación. Por lo
tanto, esta bomba no se carga con fluido cuando no esta llena. La válvula de anillo
recoge las cargas del fluido en la carrera descendente y permite que la válvula viajera
abra fácilmente. Esto, elimina el bloqueo por gas.
Figura 10. Acción de la Válvula de Carga. Fuente: CIED (2002)
En pozos sin nivel (pump off), en ves de ocurrir golpe de fluido en la carrera
descendente, con esta bomba ocurre en la carrera ascendente. Esto mantiene las
cabillas siempre en tensión y evita las ondas de esfuerzos compresivos destructivos
causados por el golpe de fluido.
65
Figura 11. Válvula de anillos superiores. Fuente: CIED (2002)
h.- Desplazamiento de la Bomba y Escurrimiento:
Desplazamiento de la Bomba y Eficiencia Volumétrica
El desplazamiento de la bomba depende de la velocidad de bombeo, diámetro del
pistón y recorrido de la bomba. El recorrido de la bomba depende principalmente de la
profundidad de la bomba, diseño y material de la sarta de cabillas, velocidad de
bombeo, y tipo de unidad de bombeo.
Si se conoce el recorrido del pistón, entonces puede calcularse el desplazamiento
de la bomba en barriles (tasa):
Ecuación (3)
Donde:
Desplazamiento de la bomba en barriles por día.
Diámetro del pistón en pulgadas.
66
Longitud de la carrera en fondo, pulgadas.
Velocidad de bombeo en strokes por minuto.
La ecuación 3 en ocasiones se escribe como sigue:
Ecuación (4)
Donde:
Ecuación (5)
es conocido como constante de bombeo. Si esta se conoce se puede
rápidamente calcular el desplazamiento de la bomba usando la ecuación 4. La Tabla 2
muestra las áreas del pistón y la constante de la bomba para los tamaños de pistones
más comunes.
Tabla 3. Áreas del Pistón y constantes de la bomba para los tamaños de pistones más comunes. CIED (2001)
La tasa de desplazamiento de la bomba que puede calcularse de la ecuación (3) o
(4) simplemente nos dice la tasa de desplazamiento volumétrico de la bomba. Sin
embargo, debido al escurrimiento de la bomba, desgaste del a bomba, golpe de fluido,
interferencia de gas y otros problemas, la producción de fluidos es raramente igual a la
calculada por el desplazamiento de la bomba. La relación de producción de fluido entre
67 el desplazamiento de la bomba es comúnmente llamado eficiencia de la bomba.
Ecuación (6)
La ecuación (6) da la eficiencia volumétrica de la bomba si se conoce la producción
en superficie y la carrera total de la bomba.
Escurrimiento de Fluido a través del Pistón
Si el pistón de la bomba es del tipo empaque suave o metal-metal tiene algún grado
de fuga debido al espacio entre este y las paredes internas del barril. El escurrimiento a
través de un pistón metal-metal es menor que el ocurrido con un pistón del tipo
empacadura suave debido a lo ajustado del fit entre el pistón y el barril.
La cantidad de fluido que se escurre en el pistón depende del diámetro del pistón,
diferencial de presión a lo largo del pistón, el fit entre el pistón y el barril, la longitud del
pistón, y la viscosidad del fluido. Para complicar las cosas aun más, la viscosidad el
fluido y el fit del pistón dependen de la temperatura de fondo, corte de agua, y
producción de sólidos. Para estimar la tasa de fluido que escurre por el pistón puede
usarse la siguiente ecuación:
Ecuación (7)
Donde:
Tasa de escurrimiento en / .
Diámetro del pistón, pls.
Caída de presión a través del pistón, lpc.
diámetro del espacio libre, plg.
Viscosidad el fluido, cps.
Longitud del pistón, plg.
68
Para llegar a una expresión más útil, la ecuación (7) puede modificarse para incluir
el llenado de la bomba y convertirlo en bls/d:
Ecuación (8)
Donde:
Escurrimiento en Bls/d.
Relación de llenado en la carrera descendente. (=1 cuando la bomba esta
llena).
El lado izquierdo de la ecuación nos da el escurrimiento asumiendo que existe fuga
en el pistón las 24 hrs del día. El término del lado derecho ajusta la tasa para el tiempo
en que realmente el pistón recoge la carga de fluidos. Por ejemplo, cuando la bomba
esta llena, el escurrimiento ocurre solo en la carrera ascendente y la relación de llenado
de la bomba en la carrera descendente es igual a uno (=1). Por lo tanto, el segundo
término de la ecuación (8) se hace igual a 0.5. Esto es correcto debido a que cuando la
bomba esta llena de fluido la carga de fluido es soportada por el pistón la mitad del
tiempo (solo en la carrera ascendente).
Si el pozo esta en condición pump off y la carrera neta de la bomba en la carrera
descendente es solo la mitad de la carrera total, entonces la relación de llenado Fr
podría ser igual a 0.75. Esta es la relación del tiempo del ciclo en que el pistón de la
bomba soporta la carga de fluido.
A pesar de que fácilmente puede aplicarse el método arriba explicado para estimar
la fuga de fluido a través del pistón, debe mantenerse en mente que es solo un
estimado. La exactitud de la respuesta dependerá en la data que en casos puede no
ser exacta.
Por ejemplo, puede conocerse el fit entre el pistón y el barril cuando la bomba es
nueva. Sin embargo, este número podría no ser exacto luego de algunas pocas
69 semanas de operación debido al desgaste de la bomba, el espacio libre se vuelve cada
vez mayor. También, gas libre en la bomba, condiciones variables del fondo del pozo,
problemas con emulsión de fluidos, etc., podrían resultar en errores en la viscosidad.
i.- Ancla de Gas:
La bomba de cabillas de succión esta diseñada para bombear liquido. La presencia
de gas en el líquido producido reduce la eficiencia de la bomba. En la carrera
descendente, la bomba comprime el gas hasta que la presión dentro del barril es lo
suficientemente alta para abrir la válvula viajera. Dependiendo de la cantidad de gas
libre, una gran parte de la carrera ascendente puede desperdiciarse en la compresión
del gas antes que algún líquido sea producido. Debido a esto, eficiencias volumétricas
menores al 50% son comunes cuando el gas entra a la bomba.
En la carrera ascendente, como el gas entra a la bomba, este ocupa una gran parte
del volumen de la bomba. Esto reduce la cantidad de líquido que puede entrar a la
bomba. Las anclas de gas ayudan a reducir la cantidad de gas libre que entra en la
bomba. Esto ocurre al permitir la separación del gas y su flujo hacia la superficie a
través del anular, revestidor, tubería antes de su entrada a la bomba.
Las anclas de gas son extensiones de bombas diseñadas para separar el gas libre
del líquido producido antes que este entre en la bomba. Estas operan con el principio
de que el gas es más ligero que el petróleo y por lo tanto se mueve hacia arriba
mientras el crudo lo hace hacia abajo. El gas pasa la entrada de la bomba, fluye hacia
arriba por el anular revestidor-tubería permitiendo que mas liquido entre a la bomba.
Este mejora la eficiencia volumétrica y aumenta la producción.
70
Figura 12.
Tipos de Ancla de Gas
Varios tipos de anclas de gas han sido desarrollados con el propósito de minimizar
e la data presentada acá pertenece al
informe elaborado por Joe Clegg de Shell Company.
Esta es del tipo mas ampliamente usado. No es costosa, pero no siempre es
o down pasaje.
La Figura 2.10
para que el fluido fluya hacia abajo permite mayor tiempo para la separación de gas.
Esto incrementa la efectividad de este tipo de anclas de gas.
Ancla de Gas
Esta es la misma que la anterior pero usa un sobredimensionado tubo de barro
71
para hacer más efectivo la separación de gas. Es principalmente usada en pozos con
revestidores de diámetros mayores que permiten que el diámetro del tubo de barro
sea mayor que el diámetro de la tubería.
Figura 3.5 se refieren a
colocar la bomba debajo de las perforaciones y así permitir que el gas pase la entrada
de la bomba. Esta es la más simple y la mejor manera de minimizar la interferencia de
gas.
Figura 13
Anclas de Gas Tipo Empacaduras
Este tipo de anclas de gas ofrecen un buen resultado en la mayoría de las
aplicaciones. Como la Figura 3.6 muestra, este diseño usa una empacadura y un tubo
spill-over para separar el gas del líquido. El líquido producido fluye a través el spill-
over dentro del anular del revestidor. El gas sube en el anular en cuanto el fluido fluye
hacia la entrada de la bomba. La longitud del spill-over puede ser incrementada para
mejorar la eficiencia de separación de gas en pozos con mucho gas.
72
Figura 14. Modo de Operación del Ancla de Gas Tipo Empacadura.CIED(2002)
Pautas para el Diseño de Anclas de Gas
Para incrementar la separación de gas, los tubos de succión del ancla de gas
deben ser dimensionados para minimizar las caídas de presión. La longitud del tubo de
succión no debe exceder los 20 pies. Para tasas de producción de menos de 1000
bls/d, deben usarse tu
-
mayores. El tamaño del tubo de succión no solo dependerá de la tasa de producción
sino también de la viscosidad del fluido. Crudos viscosos requieren tubos de succión de
diámetros mayores. El tubo de succión debe ser solo lo suficientemente largo para
almacenar un volumen igual al de la bomba.
Ubique el ancla de gas tan cerca de la bomba como sea posible para evitar que se
libere gas desde la entrada de fluido hasta la toma de la bomba. También, evite colocar
el niple perforado de la bomba cerca de las perforaciones del revestidor para maximizar
la separación del gas. Para evitar la resistencia del gas a fluir por el anular, coloque el
ancla de tubería por igual debajo del ancla de gas o al menos 200 pies sobre esta.
No utilice niples perforados con orificios pequeños en pozos con mucho gas debido
a que la caída de presión a través de estos podría causar mayor liberación de gas. Si
se instala un tubo de succión en el fondo de la bomba debe usarse un tapón en este
para prevenir taponamiento por parafinas u otros materiales.
73
El diseño del ancla de gas envuelve los cálculos del tubo de succión y el diámetro y
longitud del tubo de barro, y el número de ranuras del tubo de barro y el de succión. El
diseño del ancla de gas depende de la tasa de producción, diámetro del pistón de la
bomba, carrera de fondo, y área de flujo de la válvula fija.
Para una separación de gas efectiva, la velocidad de caída del fluido no debe
exceder los 0.5 pies/seg. En general, la tasa volumétrica de flujo es igual a:
Ecuación (9)
Donde:
Tasa de Producción
Velocidad del Fluido
Área de Flujo
Para diseñar anclas de gas, Q es igual a la tasa de producción en bls/d, Vel es la
velocidad del fluido en pies/seg. Usando la ecuación (10) y luego de usar un factor de
conversión apropiado, el área de flujo para cualquier velocidad de fluido viene dado por:
Ecuación (10)
Donde:
Área de flujo en pulgadas cuadradas
Producción de fluido de diseño bruta.
Velocidad del fluido (pies/seg)
74
Para velocidades mínimas de descenso del fluido de 0.5 pies/seg. (para una
separación efectiva de gas), la ecuación 3.8 da:
Ecuación (11)
siguientes pasos:
1. Determine la tasa de producción de diseño de la bomba de subsuelo.
Basado en la tasa de producción de diseño seleccione el tamaño del tubo de
succión como sigue:
ii. Para tasa mayores a 100 bls/d y menores que 200 bls/d use tubos de succión
iii. Para tasas de producción de más de 200 bls/d use tubería de 1-
mayores.
2. Determine la carrera de fondo. La manera más exacta para realzar esto es usar
un programa de computadora que tenga la ecuación de onda tal como RODSTAR. Si
no se tiene un número para la carrera de fondo entonces utiliza la longitud de la carrera
de superficie.
3. Usando la ecuación (11), calcule al área mínima de flujo requerida para una
velocidad de descenso del fluido de 0.5 pies/seg.
4. Para minimizar la caída de presión a través del nicle perforado, se recomienda
que el área de las perforaciones sea cuatro veces el área mínima de flujo requerida por
la ecuación 3.9:
Ecuación (12)
5. Si se desea utilizar un nicle ranurado, puede calcularse el número de ranuras de
75
Ecuación (13)
6. Calcule el número de ranuras del tubo de succión utilizando un área de flujo igual
a cuatro veces el área de flujo de la válvula fija. Esto es para minimizar la caída de
presión entre las perforaciones del tubo de succión y la entrada de la bomba. Si se
de la siguiente manera:
Ecuación (14)
es el área de flujo de la válvula fija ( ). La tabla 3 muestra las áreas de flujo
para válvulas fijas para tamaños de bomba comunes.
7. Calcule el área de flujo mínima requerida para el tubo de lodo:
Ecuación (15)
i. El área externa del tubo de succión puede obtenerse de la tabla 4.
8. Encuentra el tamaño real de la tubería de barro necesarias de la tabla 4 Utilice la
mínima área de flujo requerida de los pasos 8 para ubicar el tamaño del tubo de lodo
que tenga un área de flujo igual o más grande que el valor calculado. También, tome
notas del valor real el área externa del tubo de barro de la tabla 4. Llamemos esto
PiperODArea.
9. Calcule el área real del tubo de barro como sigue:
Ecuación (16)
10. Calcule el volumen del área quieta. Se recomienda usar dos veces el
desplazamiento volumétrico de la bomba:
Ecuación (17)
Donde:
76
Área del pistón de la bomba ( )
Longitud de la carrera de fondo (plg)
11. Calcule la longitud del área quieta:
Ecuación (18)
12. Calcule la longitud total del tubo de succión agregando , longitud de las
ranuras, longitud de los cuellos, y longitud de las roscas. También asegúrese que el
diámetro externo del tubo de barro no sea demasiado grande para el tamaño del
revestidor.
Tabla 4. Diámetros y Áreas del Pistón y la Válvula Fija.CIED (2001)
77
Tabla 5. Tamaños, Dimensiones y Áreas de Tuberías Standars. CIED (2001)
j.- Equipo Adicional de Bombeo:
La Figura muestra el equipo de subsuelo más comúnmente usado en pozos con
bombeo por cabillas. El sistema de separación de gas incluye el niple perforado, el
ancla de gas y tubo de barro, y el tapón al final el tubo de barro (bull plug). El bull plug y
el niple perforado aseguran que ninguna basura (sucio, swab rubber, etc) entren en la
bomba. El tubo de barro esta conectado al niple perforado y es la cámara que permite
que el gas se separe desde el liquido antes de entrar a la bomba. El niple perforado es
donde el fluido entra a la bomba.
El niple de asentamiento (o zapata) es un acople de tubería especialmente
diseñado que es internamente ahusado (estrechamiento) y permite asentar la bomba
con un fuerte sello. Los niples de asentamiento tienen por igual cierre mecánico o por
copas de fricción. Cuando una bomba de tubería es usada, la válvula fija se conecta en
la base del pistón. Luego que la válvula esta fija en el niple de asentamiento, la sarta de
cabillas se gira en contra de las agujas del reloj para liberar el pistón.
Para bombas insertadas, el ensamblaje completo de la bomba se fija a la sarta de
cabillas. Luego es bajada dentro de la tubería hasta que se fija en el niple de
78 asentamiento. El fondo de la bomba tiene un ensamblaje que se acopla al niple. Luego
que la bomba se asienta el pistón es espaciado dentro del barril para evitar golpear el
tope o base del barril de la bomba.
Figura 15. Sistema de Equipo de Bombeo. CIED (2002)
2.3.5.Mediciones de Campo
El Sistema del Dinamómetro
Una carta dinagráfica es un grafico de cargas vs. posición. Puede registrarse una
carta dinagráfica desde la barra pulida con un sistema dinamométrico. El dinamómetro
es la principal herramienta en la detección de fallas para un sistema de bombeo
mecánico. La Figura 16 muestra un ejemplo de un grafico de carta dinagráfica.
Figura 16. Ejemplo de un Gráfico de Carta Dinagráfica. CIED (2002)
79 Pueden encontrarse muchos problemas en sistemas de bombeo a través del análisis de
la carta dinagráfica usando programas modernos diagnostico de computadora tales
como el RODDIAG o XDIAG. Por ejemplo, puede calcularse el torque en la caja de
engranaje, detectar problemas con la bomba de subsuelo, o determinar las cargas
tensiónales en las cabillas. El dinamómetro es una herramienta que puede usarse para
mejorar la eficiencia y reducir la tasa de fallas en pozos bombeando.
fuerz
dispositivo de medición de fuerzas.
Un dinamómetro registra las cargas sobre la barra pulida como una función de la
sistema usado, es igual un grafico X-Y en una hoja de papel, o un registro electrónico
de los puntos de cargas vs. Posición. Un sistema dinamométrico moderno tiene una
celda de carga, un transductor de posición, y un sistema de grabación como se muestra
en la Figura 17. Muchos de los nuevos sistemas dinamométricos utilizan pequeñas
computadoras en lugar de plotters analógicos. En ves de plotear la carta dinagráfica
solo en papel, como lo hacía el estilo viejo de sistemas dinamométricos, los nuevos
almacenan la data en discos o memorias de computadoras. Estos pueden de igual
forma proporcionar copias en papel de las cartas dinagráficas.
Figura 17. Sistema Dinamométrico. CIED (2002)
80
Una carta dinagráfica de superficie puede grabarse usando una celda de carga y
un transductor de posición como se muestra en la Figura 17. La celda de carga debe
insertarse entre la grapa de la barra pulida y el elevador. El transductor de posición
tiene un cordón metálico que se sujeta en la barra pulida. La celda de caga contiene
registradores de tensión.
Los registradores de tensión son dispositivos que se usan para cambiar la
resistencia eléctrica de un cable a medidas de carga. Cuando una carga es aplicada en
los registradores de tensión, comprime hacia adentro a los registradores de tensión.
Esto incrementa el área seccional de un cable delgado. El cambio en el área causa un
cambio en la resistencia al flujo de electricidad. Los circuitos electrónicos en la caja
dinagráfica trasladan los cambios en resistencia a cargas sobre barra pulida.
La caja del transductor de posición contiene un potenciómetro conectado a una
polea cargada a resorte que tiene una cuerda envuelta alrededor. A medida que la
barra pulida se mueve hacia arriba y hacia abajo, el movimiento de la cuerda causa el
giro del potenciómetro. La electrónica del sistema traslada el número de veces que el
eje del potenciómetro gira en la posición de la barra pulida.
Gráfico de Amperaje
Puede grabarse un grafico de amperaje del motor como una función de la
posición de la barra pulida. Esto puede hacerse instalando un amperímetro alrededor
de uno de los tres terminales del motor. El gráfico de amperaje es grabado usualmente
en la misma pieza de papel de la carta dinagráfica.
Este grafico indica si la unidad esta balanceada o no. El gráfico de amperaje es
una herramienta útil para determinar el balanceo de la unidad y el amperaje trazado por
el motor. Es especialmente útil cuando se analizan unidades viejas sin data disponible
de manivela y contrapesas por lo que data de momento máximo de contrabalance no
estaría disponible.
81
Figura 18. Amperaje para una Unidad en Balance. CIED (2002)
Figura 19. Amperaje para una Unidad Fuera de Balance. CIED (2002)
Análisis de Torque
La caja de engranaje suministra el torque que la unidad de bombeo necesita para
bombear el pozo. El torque neto en la caja de engranaje depende de las cargas en la
barra pulida y el momento de contrabalanceo. Para entender como esta interacción
toma lugar observe la Figura 19. Como se muestra, la carga en la barra pulida (PRL)
actúa a través de la estructura de la unidad de bombeo aplicando una fuerza (P) en el
brazo Pitman. Esta fuerza aplica un torque Tp en el eje de la caja. El peso de la
manivela y las contrapesas (W) aplican un torque Tw en el eje de la caja de engranaje
en la dirección opuesta a Tp. Por lo tanto, el torque neto en la caja de engranaje es la
suma de estos dos torques o:
Ecuación (19)
82
Donde:
= Torque causado por las cargas en la barra pulida.
Torque originado por la contrapesas.
Factor Torque
Si y son conocidos para diferentes posiciones de la manivela entonces puede
calcularse el torque neto en la caja de engranaje con la ecuación (19). Para calcular
deberán convertirse las cargas en la barra pulida en torque en la caja de engranaje.
Esto puede hacerse usando el factor de torque.
El factor de torque es un número que cuando se multiplica por las cargas en la
barra pulida da el torque causado por las cargas en la barra pulida. Puede pensarse del
factor de torque como una manivela ficticia en la caja de engranaje a la cual las cargas
de la barra pulida son aplicadas. La Figura 5.2 ayuda a explicar que es el factor de
torque.
Figura 20. Cálculo del Torque en la Caja de Engranajes. CIED (2002)
83
Figura 21. Definición del Factor de Torque. CIED (2002)
El factor de torque depende de la geometría de la unidad de bombeo. Los
fabricantes de las unidades pueden suministrar las tablas de factor de torque para cada
unidad. También, puede calcularse el factor de torque por las dimensiones de la unidad
de bombeo. La Tabla 6 es un ejemplo de una grafica del factor de torque para una
unidad de bombeo C-456-304-144. Esto muestra factores de torque y la
correspondiente posición adimensional de la barra pulida para incrementos en el ángulo
de la manivela de 15 grados.
Posición adimensional de 1.0 corresponde al tope de la carrera y posiciones de 0.0
corresponden a la parte baja de la carrera. Pueden utilizarse posiciones adimensionales
de la barra pulida para localizar las cargas que corresponden al factor de torque. La
rotación de la manivela es positiva en la dirección de las agujas del reloj. Los factores
de torque son positivos en la carrera ascendente y negativos en la descendente.
84 Tabla 6. Factor de Torque para una Unidad C-456-304-144 (para carrera de 144plg). CIED (2001)
Si se conoce el factor de torque para la unidad entonces el término de la
ecuación (19) puede expresarse:
Ecuación (20)
Donde:
Torque causado por la barra pulida (plg-lbs)
Factor de Torque (plg)
Cargas en la barra pulida (lbs)
Desbalance estructural de la unidad (lbs)
La ecuación (20) incluye el desbalance estructural debido a que la caja tiene que
suministrar suficiente torque para sobreponerse al desbalance estructural y a las cargas
en la barra pulida.
85
Calculo del Torque Neto en la Caja de Engranaje
El termino en la ecuación (19) es el torque que las contrapesas imponen en la
caja de engranaje. Este término puede expresarse como:
Ecuación (21)
Donde:
Máximo momento de contrabalance de las manivelas y los contrapesos (plg-
lbs).
= Angulo de la manivela (grados)
= Angulo de compensación de la manivela.
Ahora que se definieron los dos componentes del torque neto en la caja puede
escribirse la ecuación del torque neto como sigue:
Ecuación (22)
Donde:
Torque neto en la caja de engranaje (plg-lbs)
Factor de torque a un ángulo (plg)
Cargas en la barra pulida a un ángulo (lbs)
Desbalance estructural (lbs)
Máximo momento de contrabalance (plus-lbs)
= Angulo de la manivela (grados)
=Angulo de compensación de la manivela (grados)
El término en la ecuación de arriba es el torque causado por las cargas
en la barra pulida. El término es el torque de contrabalance. La ecuación 5.4
86 muestra que el contrabalanceo reduce el torque neto en la caja debido al término
se sustrae del torque por las cargas en la barra pulida. La Figura 22 ayuda a
explicar el torque neto. Esta muestra gráficamente como el torque neto resulta de la
intersección del torque por las cargas de la barra pulida y el torque por contrabalance.
Puede usarse la ecuación (22) para hacer análisis de torque en la caja si el factor
de torque es conocido, cargas en la barra pulida y máximo momento de contrabalance.
Figura 22. Determinación del Torque en la Caja de Engranajes.CIED (2002)
Cargas en la Barra Pulida
Para obtener las cargas en la barra pulida se necesita un análisis de torque,
primero debe construirse una escala adimensional de la posición de la barra pulida
como se observa en la Figura 23. Esto puede hacerse asignando la posición cero al
final de la carrera descendente y 1.0 al final de la carrera ascendente. Luego se lee las
cargas en la caja de engranaje correspondientes a la posición del factor de torque de la
tabla. Primero, se localiza la posición adimensional de la barra pulida en el eje X.
Luego, se lee el valor correspondiente de cargas en el eje Y como muestra la Figura 23.
Debido a que la carta dinagráfica tiene cargas en la carrera ascendente y descendente,
se debe saber cual lado de la carta usar (el tope o la base) para obtener las cargas
correctas. Se puede averiguar si esta en la carrera ascendente o descendente
87 observando el signo del factor de torque. Un factor de torque positivo significa que se
esta en la carrera ascendente. Un factor de torque negativo significa que se esta en la
carrera descendente. Por ejemplo, para la unidad de la Tabla 5, a 60° el factor de
torque es positivo. Entonces, deben usarse las cargas de la carrera ascendentes
mostradas en la Figura 23.
Figura 23. Procedimiento para Determinar las Cargas en la Barra Pulida para el
Análisis de Torque .CIED (2002)
Máximo Momento de Contrabalanceo
De acuerdo a la ecuación (22), además de las cargas en la barra pulida y el factor
de torque, debe conocerse el máximo momento de contrabalanceo M. Este valor (M)
puede obtenerse por igual a través de medición de campo (efecto de contrabalance) o
calculándolo de la data de la manivela y pesas. El efecto de contrabalanceo (CBE) a un
ángulo dado de la manivela son las cargas en la barra pulida que balancean las
contrapesas a esa posición.
Si se imagina por un momento que la unidad de bombeo es una balanza. En un
lado de la balanza se tienen las cargas en la barra pulida y en el otro lado están las
manivelas y contrapesos. Si las dos están balanceadas, entonces las cargas en la barra
pulida en ese punto son justo suficientes para mantener las manivelas en el ángulo que
se detuvo. La carga en la barra pulida en ese punto es el efecto de contrabalance. Para
88 minimizar el error en la medida, el efecto de contrabalanceo es medido con la manivela
tan cerca como sea posible de 90° o 270°. Los frenos de la unidad deben estar libres
durante la medición.
Para realizar un análisis de torque se necesita conocer el máximo momento de
contrabalanceo. Sin embargo, el máximo momento de contrabalanceo es difícil de
medir directamente. Deben removerse los brazos Pitman e instrumentar el eje de baja
velocidad para medir el torque de las contrapesas a 90° y 270°. Esto es suficientemente
difícil para desanimar incluso al más dedicado de los analistas de torque. En ves de
esto, puede usarse un medidor de efecto de contrabalance. Midiendo el efecto de
contrabalance se puede obtener el máximo momento de contrabalance sin tener que
pasar por los problemas de medir directamente. La lógica detrás de hacer la medida de
Efecto de contrabalance es la que sigue:
1.- Debido a que no es practico medir el momento máximo de contrablace
directamente, entonces debemos obtenerlo de manera indirecta.
2.- El dinamómetro esta enganchado a la barra pulida para medir la carta
dinagráfica. También podríamos usarlo para obtener una medida indirecta del momento
máximo de contrabalance.
3.- Esto es hecho deteniendo la unidad, y observar si puede detenerse con la
manivelas cercanas a 90° o 270° con el freno sacado. Si se logra, puede grabarse la
carga de la barra pulida a esa posición. Se debe también anotar el ángulo de la
manivela cuando la unidad esta detenida. Esta carga se denomina efecto de
contrabalance debido a que esta directamente relacionada con la cantidad de
contrabalance en la unidad.
4.- Ahora, conociendo el factor de torque y la posición de la manivela, puede
trasladarse el efecto de contrabalance en torque en el eje de baja velocidad. Este
torque deberá ser igual y opuesto al torque de las manivelas y contrapesos debido a
que la unidad no se mueve en esta posición.
89
Para entender como puede calcularse el momento máximo de contrabalance a
partir del efecto de contrabalance se debe observar que pasa mientras se esta
grabando el CBE. El CBE es grabado con la unidad de bombeo detenida, el freno
sacado, y las manivelas tan cerca de la horizontal como sea posible. Cuando se graba
el efecto de contrabalance, el torque causado por las cargas en la barra pulida es igual
y opuesto al torque de las contrapesas. En este punto el torque neto en la caja de
engranaje es igual a cero como lo muestra la Figura 24.
Puede usarse la ecuación (22) para calcular el momento máximo de contrabalance
a partir del efecto de contrabalance de la siguiente manera:
Por lo tanto:
Ecuación (23)
Donde:
= Angulo de la manivela del efecto de contrabalanceo.
Factor de torque a
Figura 24. Medición del Efecto Contrabalance. CIED (2002)
90
2.3.6.Balanceo de la Unidad de Bombeo
Las contrapesas ayudan a reducir el torque que la caja debe suministrar para
operar la unidad. Sin embargo, solo colocando peso en la manivela de la unidad no es
suficiente para minimizar el torque neto sobre la caja. Su tamaño y peso determina si
reducen o por el contrario incrementan el torque sobre la caja. Idealmente, se quiere
tener suficiente contrabalanceo para minimizar las cargas sobre la caja. Esto es lo que
contrapesas de manera que el torque pico de la caja en la carrera ascendente sea igual
al torque pico de la caja en la carrera descendente.
El balanceo de la unidad es muy importante para extender la vida útil de la caja de
engranaje y para reducir el tamaño de la unidad motriz y por ende el consumo de
energía. Debido a que balancear la unidad ayuda a minimizar el torque neto sobre la
caja, no siempre reduciría el consumo de energía. Algunas veces, cuando se balancea
la unidad, el consumo eléctrico aumenta ligeramente.
Si la unidad esta significativamente fuera de balance entonces frecuentemente el
consumo de energía disminuirá. Aunque en la práctica el balanceo perfecto es
raramente alcanzado, es importante mantener la unidad tan cerca de estarlo como sea
posible. Una vez que la unidad se encuentra balanceada, esta permanecerá así hasta
que algo cause un cambio en las cargas sobre la barra pulida. Razones por las que una
unidad queda fuera de balance incluyen: Cambios en el nivel de fluido, desgate de la
bomba, acumulación de parafinas, rotura de cabillas, Entre otros.
que realmente necesita. Esto significa que las contrapesas son muy grandes, están
demasiado pequeñas, están muy cerca al eje de la caja, o ambos. Algunas unidades
están sobre balanceadas incluso sin contrapesas en las manivelas. Esto ocurre cuando
la unidad es demasiado grande para el pozo en particular, o si la carga en las cabillas
91 es drásticamente reducida debido a una bomba dañada o alto nivel de fluido. En pozos
someros de alta producción, donde son necesarias emboladas largas, podría no ser
necesario un gran contrabalanceo. Esto es debido a que las cargas en la barra pulida
son usualmente más bajas comparadas con pozos profundos. En estos casos las
unidades de bombeo son frecuentemente utilizadas con manivelas de poco peso.
Es importante entender que el balanceo de la unidad depende de ambas cosas: el
momento de contrabalance y de las cargas en la barra pulida. Una unidad balanceada
permanecerá balanceada solo si la carta dinagráfica no cambia. Si las cargas en la
barra pulida cambian debido a cambios en el nivel de fluido, desgaste en la bomba,
acumulación de parafinas, etc., entonces la unidad podría irse fuera de balance
nuevamente. Pozos con cambio rápidos de las condiciones de fondo debido a
repuestas por inundación de agua, inyección de vapor, etc. Deberían monitorearse y
balancearse con frecuencia para prevenir fallas en la caja y altos costos por consumo
eléctrico.
Balanceo con un Amperímetro
El método mas común para balancear la unidad es usando un amperímetro. El
amperímetro es conectado a los cables del motor y se mide el amperaje trazado por el
motor durante un ciclo de bombeo. La corriente eléctrica dibujada por el motor es
proporcional al torque sobre la caja de engranaje. Si el amperaje pico leído en la carrera
ascendente es cercanamente igual al de la carrera descendente entonces la unidad
estará balanceada. Si no es así, la unidad deberá detenerse, se moverán las pesas, y
nuevamente se revisaran los picos de amperaje en ambas carreras hasta que ambos
sean iguales o muy similares. En este punto la unidad se considerara balanceada.
Ventajas y Desventajas de Balancear la Unidad con un Amperímetro
Para mayor exactitud, puede usarse el amperímetro para obtener un grafico de
amperaje vs. posición de la barra pulida. El amperímetro se conecta a el sistema
dinamométrico. Puede usarse para grabar la carta dinagráfica y el grafico de amperaje,
92 ambos en la misma hoja de papel. La Figura 6.1 muestra ejemplos de campo de
gráficos de amperaje para unidades en condiciones fuera de balance y balanceadas
para el mismo pozo. A pesar que con el amperímetro el balanceo es simple, toma
demasiado tiempo y en ocasiones puede no ser preciso.
Consume demasiado tiempo debido a que la unidad es balanceada por ensayo y
error. Si los picos de amperaje en la carrera ascendente y descendente son diferentes
entonces deberá detenerse la unidad y mover las pesas. Luego deberá arrancarse la
unidad y grabar otro grafico de amperaje. Si la unidad todavía no esta balanceada se
tendrá que repetir el proceso hasta que ambos picos sean iguales. Esto podría tomar un
largo tiempo dependiendo del tamaño de la unidad, longevidad de la unidad, numero de
contrapesas, y si se necesitan agregar o remover pesas.
Es inexacto debido a que dependiendo en que tanto tiempo la unidad debe
detenerse cuando se mueven las contrapesas, el nivel de fluido subirá y se estaría
balanceando la unidad para condiciones de pozo inestables. Pocas horas o días mas
tarde cuando el pozo alcance su nivel de fluido estabilizado la unidad podría estar
desbalanceada nuevamente. Otro problema con el grafico de amperaje es que mide la
corriente eléctrica del motor sin importar su dirección. Si el torque es positivo o negativo
no hace diferencia en el amperaje. Por lo tanto, una unidad fuera de balance con picos
de torque negativos más grande podría aparecer como balanceada en el grafico de
amperaje. El grafico de amperaje tampoco muestra picos de torque altos de corta
duración. Esto es debido a que la inercia de los engranajes y poleas los amortiguan.
Efecto del Balanceo en el Comportamiento del Sistema
Una Unidad apropiadamente balanceada es importante para optimizar el sistema.
La caja de engranaje de una unidad balanceada podría durar más tiempo que en una
unidad fuera de balance. También, si se mantiene la unidad balanceada puede usarse
un motor más pequeño. Esto no solo reduce el costo de capital sino también incrementa
la eficiencia del sistema. Esto se debe a que el motor que esta dimensionado
correctamente a los requerimientos del pozo seria más eficiente que uno
93 sobredimensionado. Usualmente, balancear la unidad minimiza el factor de cargas
cíclicas. Esto tiene un efecto directo en el consumo de energía y eficiencia de la unidad
motriz.
Sarta de Cabillas de Succión
La sarta de cabillas es la línea de transmisión para la energía mecánica que maneja
la bomba de subsuelo. Mientras la bomba realiza su ciclo de bombeo, las cabillas están
sujetas a cargas fluctuantes. Durante el ascenso, la carga en las cabillas es alta porque
el pistón recoge la carga del fluido. Durante el descenso, la carga en las cabillas es
menor porque la carga del fluido se transfiere de las cabillas a la tubería. Esta reversión
crea tensiones que viajan por las cabillas a la velocidad del sonido (16500 pie/seg. en el
acero) resultando en fatiga y eventual falla en las cabillas. Aunque todas las sartas de
cabillas fallan eventualmente, se puede controlar la vida de la sarta de cabillas
mediante una selección adecuada. Un buen diseño de sarta de cabillas considera no
solo la carga del fluido, sino también carga de fatiga y corrosividad del pozo.
Grados de Cabillas API
La norma API SPEC 11B especifica tres grados de cabillas de succión de acero.
Estas son K, C y D. La Tabla 7 muestra las propiedades químicas y mecánicas para
estos grados de cabilla.
Tabla 7. Propiedades Químicas y Mecánicas de Cabillas K, C y D. CIED (2001)
94
Limitaciones en Tamaño de las Cabillas debido a ID de Tubería
La tabla 8 muestra los tamaños máximo y mínimo dependiendo del tamaño de la
tubería y el tipo de acople. El tamaño máximo de cabilla tiene que ver con la luz entre
diámetro externo de la cabilla y el diámetro interno de la tubería. El diámetro mínimo
recomendado en cabillas tiene que ver con el pandeo de las cabillas y para evitar daños
a la parte inferior de la sarta en caso de una ruptura en la sección superior de las
cabillas.
Tabla 8. Limitación en Tamaño de Cabillas por el Tamaño de la Tubería Cargas en las Cabillas.CIED (2002)
Las posibles cargas que soportan las cabillas durante el ciclo de bombeo, a
cualquier profundidad, pueden clasificarse en:
1.- Peso de las cabillas: Esta fuerza esta distribuida a lo largo de la sarta. En cada
sección, esta carga es igual al peso de las cabillas que se encuentran por debajo de
dicha sección. Esta carga es positiva tanto en la carrera ascendente como en la
descendente. De aquí en adelante, la carga es positiva si la dirección es hacia abajo.
2.- Fuerzas de flotación: Esta fuerza es opuesta al peso de las cabillas y es debido
a la fuerza que ejerce el fluido sobre la cabilla cuando es sumergida.
3.- Carga del fluido: esta fuerza es debido al fluido manejado en la carrera
95 ascendente. Esta carga es positiva.
4.- Fuerzas dinámicas: Estas cargas son el resultado de cambios de aceleración y
de movimiento durante el ciclo de bombeo.
5.- Fuerzas de fricción: estas fuerzas son de dos tipos, fricción por el fluido y fricción
mecánica.
Revisando estas fuerzas durante un ciclo completo se observa que la sarta de
cabilla esta expuesta a cargas cíclicas. Aunque la cabilla superior esta siempre en
tensión, el nivel de tensión se incrementa considerablemente durante la carrera
ascendente, debido al peso del fluido levantado, las fuerzas dinámicas y las fuerzas de
fricción. Durante la carrera descendente la carga consiste solamente en el peso de la
sarta de cabillas en flotación. Es debido a esto que la sarta de cabillas debe ser
diseñada con resistencia a la fatiga.
Los diseños de sarta de cabillas pueden ser de diámetro uniforme o combinado,
siendo este último el más utilizado. La idea de realizar diseños con sartas telescópicas
es reducir el peso total de la sarta de cabillas y de esa manera disminuir la carga en la
unidad de bombeo en superficie. Para todo diseño de sarta de cabillas, es
recomendable realizar el análisis de esfuerzos utilizando el diagrama de Goodman
Modificado, esto nos permite cuantificar el porcentaje de carga de cada sección de la
sarta.
Los diseños de las sartas de cabillas se encuentran tabulados en el API RP-
11L, y dependen exclusivamente del diámetro del pistón. Estos diseños funcionan bajo
el principio de igualar los esfuerzos en el tope de cada tramo de cabillas.
Cabillas de Acero No API
Hay muchos tipos de cabillas no API. El Corod o cabilla continua con incrementos
pueden ser usadas en pozos desviados o en otras aplicaciones donde el roce cabilla-
96 tubería sea un problema. También debido a no tener acoples, las sartas Corod pesan
menos y pueden bombear a mayor profundidad que las cabillas convencionales. Un
problema para las Corods es la necesidad de un equipo especial para manejarlas, tal
como el gran carrete usado para correr y recuperar las cabillas. Otra desventaja es que
para unir las cabillas debe usarse soldadura.
La cabilla Oilwell Electra (EL) es una cabilla de alta resistencia endurecida por
inducción. Este proceso pre-comprime la cabilla en una carcaza exterior endurecida.
Como resultado, la carga de la cabilla depende solo de la tensión máxima. Las cabillas
EL tienen una fuerza tensil mínima de 200.000 lpc y un límite de esfuerzo de trabajo de
50.000 lpc.
Otros tipos de cabillas no API de alto esfuerzo incluyen la Norris 97, LTV HS y
UPCO 50K. La fuerza de estas cabillas es básicamente la misma que para las cabillas
Electra. Las cabillas de alto esfuerzo se recomiendan en pozos con alta tasa de
producción o profundidades que las cabillas convencionales API no pueden manejar sin
sobrecargarse severamente. Sin embargo, las cabillas de alto esfuerzo son más
susceptibles a la corrosión que las cabillas API.
Cabillas de Fibra de Vidrio
Las cabillas de fibra de vidrio se introdujeron por primera vez en los 1970 para
solucionar las altas tasas de falla de las cabillas de acero en pozos con ambiente
corrosivo. Las cabillas de fibra de vidrio están hechas con fibras individuales de vidrio
sujetas con una resina de poliéster curada para cambiarla a sólido. Luego se le colocan
extremos de acero. Las cabillas de fibra de vidrio o plástico reforzado, como también se
les llama, tienen ventajas y desventajas al compararlas con las cabillas de acero. Las
sartas de cabillas de fibra de vidrio típicamente consisten de 50% a 80% fibra de vidrio
arriba y 20% a 50% acero abajo.
El cuerpo de las cabillas de fibra de vidrio es totalmente resistente a la corrosión.
Las conexiones de los extremos son susceptibles a la corrosión pero debido a que
97 están ligeramente cargada y usualmente se hacen con acero de alto grado, tienen
pocos problemas de corrosión. Al usar cabillas de fibra de vidrio, aun se debe usar un
programa efectivo de inhibición química para proteger los extremos, las cabillas de
acero, tubería y la bomba.
Las cabillas de fibra de vidrio son casi tres veces y media más livianas que las de
acero. Su módulo de elasticidad va de 6 a 8 millones comparado con los 30.5 millones
de lpc del acero. Esto significa que se estiran unas cuatro veces más que el acero.
Debido a sus características únicas, las cabillas de fibra de vidrio pueden superar a las
de acero o causar problemas severos. La diferencia es saber cómo diseñar la sarta de
cabillas que mas convenga.
Ventajas de las Cabillas de Fibra de Vidrio
1.- Debido a su peso ligero, reducen la carga en la barra pulida y el torque en la
caja de engranaje. En consecuencia, se pueden usar unidades de bombeo mas
pequeñas que con cabillas de acero.
2.- Por sus características de estiramiento, las sartas de cabilla de fibra de vidrio
adecuadamente diseñadas pueden tener una embolada de fondo sustancialmente mas
larga que en superficie. Este exceso de viaje resulta en aumento de producción.
3.- Suelen durar más que las cabillas de acero en ambientes corrosivos.
Desventajas de las Cabillas de Fibra de Vidrio
1.- Son más costosas que las cabillas de acero.
2.- Debido a su estiramiento excesivo, al aumentar la carga del fluido, el recorrido
en el fondo puede ser más corto que en superficie si no se diseña apropiadamente.
3.- Debido a sus características de estiramiento es difícil espaciar correctamente la
bomba, La bomba puede empezar a golpear abajo cuando caiga el nivel de fluido. Esto
98 puede causar falla prematura de las cabillas.
4.- Su superficie se daña más fácilmente en comparación con las de acero.
5.- Al estar hechas con fibras individuales de vidrio sujetas con una resina de
poliéster, no pueden soportar cargas compresivas. Se deben designar y monitorear
cuidadosamente para asegurar que siempre están en tensión.
6.- Tienen un límite de temperatura de unos 240º F (avances recientes en
materiales y fabricación han llevado este límite sobre los 300º F).
7.- Son difíciles de pescar cuando se parten.
2.3.7.Diseño del Sistema de Bombeo Mecanico
Lo importante en el diseño de una instalación de bombeo mecánico es predecir los
requerimientos de cargas, potencias y contrabalance, así como también, las relaciones
de esfuerzo, torques y tasas de producción. Una vez que estos parámetros son
conocidos, el equipo apropiado puede ser seleccionado para cumplir los requerimientos
establecidos.
Hasta la década de los 50, los métodos de diseño de sistemas de bombeo eran
empíricos. El mas conocido sobreviviente de estas viejas técnicas es el Método de Mill,
luego se desarrollaron las "Prácticas Recomendadas 11L" de la API, hasta lograr
métodos más exactos como lo es el Método de la Ecuación de Onda. Para este último
método, se requiere el uso de programas de computadora para lograr rápida y
eficientemente un buen diseño.
Desarrollo del Método API RP-11L
En 1954, en un intento de desarrollar métodos más precisos, un grupo de
entender más acerca del complejo comportamiento de los sistemas de bombeo
-11L se ha convertido en el método de
diseño más popular, sin embargo, el método tiene muchas limitaciones debido a las
99 suposiciones realizadas cuando fue desarrollado.
Consideraciones
Este método se basó en el uso de un computador para simular las condiciones de
bombeo para luego generar cartas dinagráficas de fondo y de superficie. Estas
simulaciones se hicieron bajo las siguientes consideraciones:
Llenado completo de la bomba de subsuelo (sin interferencia de gas o golpe
de fluido).
Cabillas de acero con diseño API.
Unidades de bombeo de geometría convencional.
Poco deslizamiento del motor.
Unidad perfectamente balanceada.
No debe existir grandes efectos de fricción o aceleración del fluido.
No hay efectos por aceleración del fluido.
Tubería de producción anclada.
Profundidades mayores a 2000 pies.
Los datos obtenidos de estas cartas dinagráficas calculadas se utilizaron para
desarrollar curvas adimensionales y luego fueron validadas con un gran número de
casos de diseño práctico. Las tablas elaboradas hacen más fácil la selección y
evaluación de equipos de bombeo, sin necesidad de cálculos excesivos. Los
parámetros de interés en la técnica API son mostrados en la figura 25.
Figura 25. Parámetros del Método API RP-11L. RICHARD, CASTELLANO (2008)
100
Fundamentos
La base del método API es la similitud en la forma de las cartas dinagráficas y los
factores adimensionales de velocidad y estiramiento de cabillas. Los resultados de las
cartas simuladas de algunos pozos fueron correlacionados en términos de relaciones
(cantidades adimensionales) y presentadas en forma gráficas, los cuales pueden ser
extrapolados a una gran variedad de pozos con diferentes profundidades, diámetro de
bombas, velocidades de bombeo y diseño de cabillas.
Figura 26. Similitud de Cartas Dinagráficas en Función de los Parámetros
Adimensionales API RP-11L. RICHARD, CASTELLANO (2008)
Procedimiento de Cálculo
En resumen, el cálculo de las RP 11L requiere de los siguientes pasos principales:
1.- Recolección de datos, éstos pueden ser de una instalación existente o de datos
calculados.
101
2.- Calculo de los parámetros adimensionales independientes.
3.- Utilizando las gráficas de diseño API, obtener los parámetros adimensionales
dependientes.
4.- A partir de los parámetros adimensionales dependientes, se determina los
parámetros operacionales del sistema.
A continuación se presenta un ejemplo de la aplicación del método.
Datos:
Unidad de bombeo: convencional
Longitud de carrera en superficie: 100 pulgs.
Profundidad de la bomba: 6000 pies
Diámetro del pistón: 1,25 pulgs.
Velocidad de bombeo: 11 gpm
Gravedad específica del fluido: 0,8
Tubería de producción: anclada
Calcular las cargas, esfuerzos, potencia, contrabalanceo requerido y el torque para
un pozo con éstas características de bombeo.
Solución:
a.- Para una bomba con pistón de 1,25 pulgs. De diámetro y una combinación de
r tamaño de
cabillas:
(4175 pies)
Total 6000 pies
102
b.- El peso de las cabillas en el aire ( ) es igual a 1.814 lbs/pie (este dato también se
encuentra tabulado en el boletín). Entonces, el peso total de la sarta ( ) será:
Ecuación (29)
Como la sarta de cabillas está sumergida en un fluido con gravedad específica de
0,8, su peso será menor, debido a la flotabilidad.
El peso total de la sarta de cabillas en flotación ( ) sería:
Ecuación (30)
Donde:
Peso total cabillas en flotación, Lbs.
Peso total cabillas en el aire, Lbs.
Gravedad específica del fluido, adimensional.
Entonces,
c.- La carga de fluido sobre la bomba (Fo), depende de la gravedad específica del
fluido (G) propiamente dicho, la profundidad de levantamiento (H) y el diámetro del
pistón (D). Así que,
Ecuación (31)
103
La información suministrada indica que la bomba está instalada en el fondo; por lo
tanto, si el pozo tiene un nivel de fluido alto, el levantamiento neto ( ) será menor de
6000 pies.
d.- El cálculo del estiramiento de cabillas adimensional, ( ), es una de las
relaciones claves para determinar una carta dinagráfica parecida. La constante elástica
de la sarta de cabillas ( ) es un valor tabulado en el reporte. Esto es,
Las propiedades de estiramiento total de la sarta de cabillas, están relacionadas con
su constante , cuyo recíproco es:
Ecuación (32)
Esto significa que los 6.000 pies de cabillas se estirarán pulg por cada libra
aplicada sobre ella. Ahora podemos calcular la relación adimensional de estiramiento:
Esto quiere decir, que los 6000 pies de cabillas se estirarán alrededor del 12,5% de
la carrera de superficie, cuando levanta 2550Lbs de carga de fluido. Entonces, la
carrera del pistón ( ) será:
Ecuación (33)
e.- La otra relación importante es la velocidad de bombeo adimensional ( ). Este
factor es el coeficiente entre la velocidad de bombeo y la frecuencia natural de las
104 cabillas. Esta última, es la frecuencia mediante la cual, la sarta de cabillas vibrará sin
fricción, y si estuviera fija en tope y libre en el fondo. Aplicando la siguiente ecuación
Ecuación (34)
Despejando :
Ecuación (35)
El valor 1.077 es el factor de corrección de frecuencia ( ) obtenido de la tabla 9,
columna 5, el cual depende del diseño de cabillas. Es importante destacar que, la
frecuencia natural de una sarta combinada es mayor que una de un solo diámetro de
igual longitud; es decir, es mayor que uno (1) cuando se utiliza combinación de
diámetros de cabillas.
Para el ejemplo, significa que, la sarta utilizada vibrará naturalmente (si no existe
fricción) a razón de 44 ciclos/minuto si está fija en el tope y libre en el fondo.
Igualmente la velocidad de bombeo adimensional, para la sarta combinada
, sería:
La relación de bombeo ( ) significa que la velocidad de 11gpm es el 25% de la
frecuencia natural de la sarta combinada de 44 cpm.
Ambas relaciones de ( ) son necesarias como información al computador para
sus correlaciones.
105
Tabla 9. Datos de Bomba y Cabillas (Diseño API RP 11L)
f.- En la figura 27 se muestra una gráfica que permite obtener una relación
adimensional (F1/SKr), para calcular la carga máxima en la barra pulida, utilizando los
factores adimensionales base conocidos; y .
Figura 27. Relación Adimensional ( ) para Calcular Carga Máxima en la Barra
Pulida. RICHARD, CASTELLANO (2008)
106 De dicha figura, obtenemos . Entonces,
De acuerdo a la figura 26, se obtiene la siguiente relación, para obtener carga
máxima en la barra pulida (PPRL):
Siendo:
Esto significa que la máxima carga sobre la estructura o viga de la unidad será
16096 Lbs, y esto determina las especificaciones de carga de la unidad de bombeo. La
selección, bien podría ser, un balancín con una capacidad estructural de 25,3 MLbs y
trabajaría en 63,6 %. Pero, en ningún caso, se debería utilizar uno con capacidad 14.3
MLbs, porque estaría sobrecargado.
g.- De la figura 28, se obtiene la relación adimensional , utilizando los
mismos factores base de velocidad y estiramiento de cabillas
.
Figura 28. Relación Adimensional ( ) para Calcular Carga Mínima en la Barra
Pulida RICHARD, CASTELLANO (2008)
107 De tal manera:
Haciendo referencia de la figura, podemos calcular la carga mínima en la barra
pulida:
.
La importancia del cálculo de ésta carga mínima es la siguiente:
Si la carga es negativa, se requiere unas consideraciones diferentes de
diseño; por ejemplo, una velocidad de bombeo más baja. Esto se explica,
porque las cabillas no bajarían lo suficientemente rápido en las carreras
descendente; por lo tanto, produciría un fuerte golpe en el sistema
elevador/espaciador, lo cual se traduce en daños sobre el equipo mecánico.
te golpe puede ser
imperceptible pero afectará la eficiencia de bombeo.
El rango entre las cargas máximas y mínimas en la barra pulida, gobiernan
los límites de esfuerzos impuestos sobre la sarta de cabillas, y son factores
claves en la fatiga y vida útil de la misma.
h.- El torque máximo en la caja de engranajes, es otro parámetro importante en la
selección de la unidad de bombeo. La figura 29 muestra una gráfica para calcular una
relación adimensional de torque (2T/S2 Kr), usando los valores, también
adimensionales, de velocidad y estiramiento de cabillas, mencionados en los pasos
anteriores.
108
Figura. 29 Relación Adimensional para Calcular Torque Máximo en la Caja de Engranajes. RICHARD, CASTELLANO (2008)
De la figura anterior obtenemos:
Entonces:
Originalmente, cuando el computador fue utilizado para generar cartas dinagráficas
calculadas, el peso específico de las cabillas en flotación ( ) fue estimado y graficado
para valores de . Si el fluido del pozo bajo análisis es diferente a ésta
relación, es necesario hacer una corrección al torque calculado. Para este ejemplo,
sería:
109
Como (Wrf/SKr) es diferente a 0,3 se utiliza la figura 30 para realizar la corrección
respectiva al torque calculado.
Figura 30. Valor de ajuste ( ) para corregir torque máximo (para )
RICHARD, CASTELLANO (2008)
Utilizando los factores adimensionales base de velocidad (No usar
) y de 32% por cada valor de 0.1 en por encima de 0.3.
Entonces, el valor de ajuste ( ) al torque calculado es:
El torque máximo corregido (PT) será:
Esto significa que una caja de engranajes con capacidad de 228 MLbspulgs estaría
110 sobrecargada bajo estas condiciones; en cambio, una de 320 MLbs-pulgs no lo estaría
y trabajaría en un 86 % de su capacidad máxima.
i.- La cantidad de peso necesario para el contrabalance de la unidad de bombeo,
también debe ser considerado en el diseño. El método API, utiliza la siguiente ecuación
para determinar el contrabalance efectivo (CBE):
Ecuación (36)
Entonces,
En principio, 11707 Lbs de contrabalance efectivo en la barra pulida debe balancear
la unidad, de tal manera que, el torque máximo en la carrera ascendente sea igual al de
la carrera descendente. Este valor de contrabalance es equivalente a 5853.5 Lbs-pulgs.
j.- La potencia requerida para mover la carga en la barra pulida ( ) se obtiene a
través de la siguiente ecuación:
Ecuación (37)
La relación adimensional se obtiene de la figura 31, utilizando los valores
adimensionales fundamentales de velocidad y de estiramiento de
cabillas
111
Figura. 31 Relación Adimensional para Calcular la Potencia del Motor.
RICHARD, CASTELLANO (2008)
Del gráfico anterior obtenemos:
Entonces,
Esto indica que la potencia necesaria para mover las cargas del pozo, soportas por
la barra pulida, es de 10,8 HP. Pero, el motor debe tener una capacidad o potencia
mayor de 10,8 HP, debido a las cargas cíclicas del motor, pérdidas mecánicas en la
caja de engranajes y estructura de la unidad de bombeo. Probablemente, un motor con
una potencia doble a la calculadora será el adecuado.
112
Entonces,
k.- La carrera del pistón de la bomba de subsuelo, gobierna la tasa de producción,
conjuntamente con la velocidad de bombeo, tamaño de la bomba y capacidad misma
de producción del pozo. La relación adimensional de longitud de carrera se
obtiene de la figura 32, con los valores adimensionales base de velocidad
(No ) y de estiramiento de cabillas .
Figura. 32 Relación Adimensional ( ) para Calcular la Carrera Efectiva del Pistón.
RICHARD, CASTELLANO (2008)
Obteniéndose el valor de
El valor obtenido de significa que la carrera efectiva del pistón en el fondo
( ) es 1% mayor que la superficie ( ). Es decir,
113
Como la tubería de producción está anclada, el estiramiento de ésta no tiene efecto
sobre la carrera efectiva del pistón.
El desplazamiento de la bomba es calculado, utilizando la siguiente ecuación, como
sigue:
Esto significa que la bomba tiene la capacidad de levantar 202.4B/D (Eficiencia
100%), pero no quiere decir que esta sea la producción real del pozo. El efecto de
escurrimiento mecánico, encogimiento asociado del petróleo y llenado de la bomba,
deben ser considerados en la eficiencia volumétrica.
2.3.9. Desarrollo del Método de la Ecuación de Onda
Mientras se desarrollaban las Practicas Recomendadas 11L de la API, el Dr. Sam
Gibbs desarrolló un método de diseño mas sofisticado usando un modelo matemático
basado en la ecuación de onda. Este método requiere el uso de computadoras para
resolver el modelo de la ecuación de onda para una sarta de cabilla. Este método no
tiene las limitaciones del API RP 11L, sin embargo, debido a su complejidad no goza de
tanta popularidad como la API RP 11L. Hoy en día el uso de computadoras ha
aumentado y muchas compañías de petróleo, de servicios y universidades han
desarrollado sus propios métodos de solución para resolver las ecuaciones de ondas.
Simulación del Comportamiento de una Sarta de Cabillas
La clave para una buena predicción de un sistema de bombeo esta en la correcta
simulación del comportamiento de la sarta de cabillas. Esto provee la exactitud
114 necesaria en los cálculos de parámetros operacionales validos para condiciones de
superficie como de subsuelo. Todos aquellos modelos simplificados están propensos a
un alto error y no proporcionan la exactitud requerida en el diseño y análisis de
instalaciones de bombeo.
La característica más importante en una sarta de cabilla es su elasticidad, la cual es
la responsable de la complejidad de determinar las condiciones de subsuelo a partir de
las condiciones de superficie. Debido a la naturaleza altamente elástica de la sarta de
cabilla, todos los impulsos generados por el movimiento de la unidad de superficie son
transmitidos al fondo. Así como también la bomba de subsuelo envía señales similares
hacia la superficie. Todos estos impulsos toman la forma de fuerza elástica u ondas de
esfuerzo que viajan a lo largo de la sarta de cabilla a la velocidad del sonido. Las
interferencias y los reflejos de estas ondas tienen un drástico efecto en el
desplazamiento y en las cargas que pueden ser observados en diferentes puntos a lo
largo de la sarta.
La sarta de cabilla satisface el criterio físico de una barra idealmente esbelta,
haciendo la propagación de las ondas de esfuerzo en un fenómeno de una dimensión.
Han existido varios intentos por simplificar el cálculo de este fenómeno, de hecho, el
método API RP 11L es el resultado de uno de estos estudios. Aunque el principio se
entiende claramente, paso mucho tiempo hasta que Gibbs publicó el primer método
confiable para resolver la ecuación de onda unidimensional para una sarta de cabillas.
El Modelo de Gibbs
La siguiente figura muestra la sección de una sarta de cabillas con una sección
transversal uniforme, A y de longitud L. Los ejes coordenados x y u están dirigidos
hacia abajo y representan la distancia axial y el desplazamiento de la cabilla a lo largo
de la sarta respectivamente. Con el fin de encontrar la ecuación que gobierna el
movimiento de la sarta, es necesario realizar un balance de fuerzas a un elemento
diferencial de la cabilla. Como se muestra en la figura 38, las siguientes fuerzas actúan
sobre el elemento diferencial.
115
Figura 33. Balance de Fuerzas en un Elemento de Diferencial de Cabillas. RICHARD,
CASTELLANO (2008)
El peso sumergido del elemento de sarta.
Fuerza de tensión que representa el halado del elemento hacia arriba.
Fuerza de tensión que representa el empuje del elemento.
Fuerza de amortiguamiento opuesto al movimiento del elemento, la cual resulta del
efecto del fluido y de fricción.
Usando la segunda ley de Newton:
Ecuación (38)
El peso del elemento de cabilla, W, es una fuerza estática que es constante durante
el ciclo de bombeo, por lo tanto se colocará luego de la solución de la ecuación de
onda. Las fuerzas de tensión y pueden ser expresados por los esfuerzos
mecánicos presentes en la sección de la cabilla a la distancia axial y :
116
Donde:
Esfuerzos en la cabilla en las secciones y .
Área de la sección transversal de la cabilla.
Sustituyendo estas expresiones en la ecuación (38)
Ecuación (39)
Sabiendo que la sarta de cabillas esta sometida a una deformación elástica,
aplicamos la Ley de Hooke:
Ecuación (40)
Donde:
Módulo de Young del material de la cabilla.
Esfuerzo de la cabilla.
Usando la ecuación (39) definido para el esfuerzo en la cabilla y sustituyendo los
términos apropiados en la ecuación (40), obtenemos:
Ecuación (41)
El multiplicador del término EA puede ser expresado con la segunda derivada de
desplazamiento, u, con respecto a la distancia, x. Incluyendo esto y expresando la
masa, m, a través del volumen y la densidad del elemento de cabilla, llegamos a la
siguiente expresión:
117
Ecuación (42)
Donde:
Densidad del material de la cabilla
, constate gravitacional
Falta por determinar las fuerzas de amortiguamiento (damping force), . Esta es la
suma de las fuerzas que actúan en dirección opuesta al movimiento de la cabilla, que
incluyen: la fuerza que ejerce el fluido sobre las cabillas, acoples y la tubería; y la
fricción mecánica entre cabillas, acoples y tubería.
De estas fuerzas la más complicada de determinar es la fricción, ya que esta
depende de muchos factores (a veces desconocidos), por ejemplo, daño por corrosión
en las superficies metálicas, desviación del pozo, etc. Por otra parte, las fuerzas
ejercidas por el fluido pueden ser aproximadas a las fuerzas viscosas. Esta es la razón
por la cual prácticamente todos los investigadores aproximan las fuerzas de
amortiguamiento a las fuerzas viscosas. Gibbs desarrolló la siguiente fórmula para :
Ecuación (43)
Donde:
Coeficiente de amortiguamiento, 1/s.
Factor de amortiguamiento adimensional.
Velocidad del sonido en el material de la cabilla, pies/segundo
longitud total de la cabilla, pies.
118
Sustituyendo ecuación (42) en ecuación (43) y dividiendo ambos lados por x,
tendremos:
Esta ecuación es la forma final de la ecuación de onda unidimensional que describe
la propagación de las fuerzas en la sarta de cabillas. Esta es válida para sartas con
diámetro de cabillas diferentes (ahusadas).
A continuación se presenta la forma más familiar de la ecuación de onda para sarta
de cabilla con diámetro uniforme, que se logra con una simple sustitución de términos:
Donde:
Velocidad del sonido en el material de la cabilla (pies/segundo).
Para la resolución de esta ecuación es necesario la aplicación de métodos
matemáticos y principalmente la ayuda de computadora para conseguir rápida y
eficientemente la solución de un sistema.
Consideraciones en el Diseño del Sistema de Bombeo por Cabillas
Cuando se diseña un sistema de bombeo mecánico, se debe estar preocupado
principalmente con los siguientes parámetros:
Tasa de Producción
Costos de capital
Cargas de la cabillas
119
Cargas en la caja de engranaje
Eficiencia del sistema y costos de energía.
Idealmente se quiere que un sistema genere la mayor rentabilidad en valor presente
después de impuestos, considerando los costos de capital y operación. En la realidad,
diseñar sistemas de bombeo mecánico es un proceso de ensayo y error que
usualmente resulta en un sistema que podría estar muy distante del ideal. Debido a que
obtener un diseño ideal requiere de equipos y datos que bien podrían no estar
disponibles, solo los parámetros de sistema más obvios son usualmente considerados.
La tasa de producción es usualmente la más alta prioridad, seguido de las cargas en las
cabillas, cargas en la caja, y costos de energía.
Si el costo de la electricidad es alto, este puede bajarse usando una bomba más
grande y una velocidad de bombeo mas baja. Pero, una bomba de mayor diámetro
incrementara las cargas sobre las cabillas y el torque en la caja. También, se necesitara
una unidad más grande. Esto incrementaría el costo de capital. Por otro lado, una
bomba pequeña demanda velocidades de bombeo mayores y emboladas mas largas
para mantener la producción. Esto incrementara el consumo de energía pero reduce el
tamaño requerido para la unidad de bombeo. Usualmente, debe existir un compromiso
entre la eficiencia, cargas en las cabillas y tamaño de la unidad de bombeo.
Un aspecto muy importante del diseño en el sistema es la tasa. Si la máxima
producción disponible por el pozo es conocida, entonces se diseñara para una tasa de
producción un poco mayor que esta. Esto asegura suficiente capacidad en la bomba
tomando en cuenta su desgaste normal e imprecisión en los datos. Pero, si la tasa de
bombeo es más alta que la capacidad de aporte del pozo, entonces el pozo podría
achicarse. El golpe de fluido es un problema que resulta a partir de la practica común
de sobre diseñar la capacidad de bombeo. El golpe de fluido deteriora la bomba,
cabillas y unidad de bombeo. Si no se toman los pasos correctivos para minimizar este
fenómeno, la eficiencia del sistema se reduciría junto con la vida útil del equipo.
120
El golpe de fluido puede reducirse desacelerando la unidad, acortando la longitud de
la carrera, usando una bomba más pequeña o instalando un temporizador o un
controlador de bombeo.
Pautas para Diseñar un Sistema de Bombeo
Para prevenir sobre diseñar severamente la capacidad de desplazamiento del
sistema de bombeo, se recomienda diseñar para una eficiencia de la bomba de entre
75% hasta 85%. Por ejemplo una bomba con una eficiencia del 80%, tiene una
producción objetivo de 400bls/día, entonces debe diseñarse el sistema para que sea
capaz de producir 500bls/día (400/0.8). Es conveniente tener un programa de
computadora predictivo tal como el RODSTAR que permite introducir un objetivo de
producción y una eficiencia del sistema y luego calcular las emboladas por minuto.
Para minimizar el consumo de energía y las fatigas por tensión, use una
combinación del mayor diámetro de pistón y menor velocidad posible. Si debe
escogerse entre cargas por tensión y consumo de energía se debe optar por bajar las
cargas por tensión. Esto se debe a que las roturas de las cabillas son más costosas que
una eficiencia de sistema ligeramente baja. Las pautas anteriores deben combinarse
con condiciones locales económicas y de campo. Algunas veces situaciones especiales
podrían requerir una filosofía de diseño diferente. A continuación algunos tips que
puede ayudar mientras se diseña un sistema de bombeo mecánico.
Para Reducir las Cargas en la Caja:
Reduzca la longitud de la embolada
Reduzca el diámetro de pistón
Reduzca el peso de la sarta de cabillas
Reduzca la velocidad de la unidad de bombeo
Utilice un motor de alto deslizamiento
121
Para Reducir las Cargas Sobre las Cabillas:
Use un diseño de sarta de cabillas balanceado
Use cabillas mas resistentes
Reduzca el diámetro del pistón
Reduzca la velocidad de bombeo.
Para Reducir el Consumo de Energía:
Use cabillas de fibra de vidrio
Incremente el diámetro del pistón
Use una embolada larga y lenta
Use el mejor tipo de unidad de bombeo
Use el tamaño de motor correcto.
Para Maximizar la Producción:
Incremento el diámetro del pistón
Incremente la velocidad de bombeo
Incremente la longitud de la embolada
Use tuberías de producción de mayor diámetro
Utilice cabillas más resistentes y ligeras.
Utilice el tipo de unidad correcto para evitar problemas de flotación de cabillas.
Utilice ancla de gas si la interferencia por gas es un problema.
Calculo de la Tasa Objetivo de Producción
Antes de intentar seleccionar el equipo de superficie y de fondo, se debe determinar
la capacidad de desplazamiento que el sistema de bombeo deberá tener. Esto puede
Estos son los dos métodos mas comúnmente usados para modelar la curva de
comportamiento de afluencia ( ) de un pozo. La es un grafico de tasa de fluidos
de producción vs. presión de la formación. El método de índice constante de
productividad ( ) es recomendado para pozos con altos cortes de agua (80% o más).
ezclas gas-fluido que están
122 produciendo por debajo del punto de burbuja.
Método del Constante
El índice de productividad ( ) no es mas que los cambios en la tasa de producción
por caída de presión. Sus unidades son [(bls/dia)/lpc]. La técnica de constante asume
que los cambios en la productividad del pozo son proporcionales a los cambios en la
presión de entrada de la bomba. Por lo tanto, la curva es una línea recta como
muestra la Figura 39. Para trazar una se necesitan dos puntos de la curva. Por
ejemplo, la línea recta de la puede dibujarse y se conoce la presión estática del
yacimiento, la presión de entrada en la bomba y la tasa de producción actual. También
puede trazarse la línea IPR si son conocidos dos tasas de producción y los puntos de
presión (estos deben estar lo suficientemente apartados para prevenir errores).
Figura 34. Índice de Productividad Constante. Curva IPR. RICHARD,
CASTELLANO (2008)
123
Figura 35. Curva IPR de Vogel. RICHARD, CASTELLANO (2008)
Para pozos con fluidos espumosos en el anular revestidor-tubería seria difícil
obtener un nivel de fluido confiable con un instrumento acústico. Para esos casos se
puede contar con un mejor estimado de la presión de entrada en la bomba a partir de
los cálculos realizados con la carta Dinagráfica de fondo. RODDIAG es un programa
moderno diagnostico de computadora que tiene la capacidad de ejecutar estos cálculos.
El capitulo de análisis diagnostico tiene mas detalles de cómo RODDIAG realiza estos
cálculos. Una vez se traza la curva IPR entonces puede usarse para calcular la tasa de
producción para cualquier presión de entrada a la bomba.
Otra manera de usar esta técnica es desarrollar una ecuación para la línea .
Entonces se puede usar esta ecuación para calcular la tasa de producción a cualquier
presión de entrada de la bomba. La forma general de la ecuación es:
Ecuación (44)
Donde:
Presión de la formación (lpc)
Pendiente de la curva IPR (lpc por bls)
124
Tasa de producción de fluido bruta
Presión estática de yacimiento (lpc)
Método de Vogel
El Método de Vogel es recomendado para pozos con producción de gas asociado y
cortes de agua menores al 80% produciendo por debajo de la presión de burbuja. Este
método puede aplicarse tanto usando los gráficos adimensionales de la Figura 40 o
usando la ecuación de la curva, que es:
Ecuación (45)
Donde:
Tasa de producción actual (BFPD)
Tasa de producción máxima (BFPD)
Presión de fondo fluyente (lpc)
Presión estática de fondo (lpc).
El siguiente problema ejemplo muestra como usar el método de Vogel para
determinar la productividad de un pozo.
Una unidad de bombeo tiene un corte de agua del 55%, una de 1000, y esta
produciendo . La presión de fondo fluyente fue medida a . El pozo tiene
una presión estática de yacimiento de . La presión en el punto de burbujeo es de
. Calcule la producción bruta de fluido si la presión de entrada de la bomba es
bajada hasta .
125
Solución:
Debido a que este es un pozo con gas asociado produciendo por debajo del punto
de burbuja, debe entonces aplicarse el método de Vogel. A continuación están los
pasos que deben seguirse para resolver este problema:
Paso 1: Calcule la relación Pp/Ps par las condiciones existentes:
Paso 2: Calcule Q/Qmax usando la ecuación 8.17:
Paso 3: Calcule Qmax:
Paso 4: Calcule Pp/Ps para la nueva presión de 100 lpc:
Paso 5: Calcule Q/Qmax para el anterior Pp/Ps usando la ecuación 8.17:
Paso 6: Resuelva la ecuación anterior para la nueva tasa de producción:
Productividad del Pozo por encima de la Presión de Burbujeo
Cuando se esta produciendo un pozo con una presión de entrada en la bomba por
encima de la presión de burbuja entonces calcule el potencial de producción adicional
haciendo lo siguiente:
1.- Para el potencial adicional de producción utilice una línea recta entre la presión
actual de entrada a la bomba hasta la presión correspondiente al punto de burbuja.
126
2.- A partir de la presión del punto de burbuja hasta la presión de producción de
fondo deseada use la curva IPR de Vogel.
3.- Calcule el potencial adicional de producción agregando los resultados del paso 1
y 2.
2.3.9. Diseño del Sistema de Bombeo por Cabillas
A pesar de que el método API RP11L fue extensamente mejorado en precisión
comparado a métodos predecesores, este tiene muchas limitaciones. A medida que
nuevos equipos de bombeo, materiales, y técnicas son desarrollados, se necesitara
métodos mas sofisticados para simular con precisión el comportamiento del sistema.
El API RP11L fue desarrollado con un computador análogo asumiendo una unidad
Modificaciones usando valores empíricos corrigen el API RP11L para unidades Mark II,
Balanceadas por aire y de geometría mejorada tales como las Baker Torqmaster,
Reverse Mark II de Lufkin, y las American Producer II.
Sin embargo, su precisión es cuestionable. No existen correcciones para otras
geometrías de unidades de bombeo tales como unidades hidráulicas, unidades
mecánicas de carreras largas (Rotaflex), etc. Tampoco aplica para cabillas de fibra de
vidrio, ni para sistemas con golpe de fluido o interferencia por gas. También, debido a
que solo calcula el efecto de contrabalance para condiciones de balance, no puede
usarse para estimar el efecto de una unidad fuera de balance en las cargas de la caja
de engranaje.
Para evitar las limitaciones del API RP 11L y otros métodos simplificados, modernas
técnicas de diseño utilizan modelos de computación exactos del sistema de bombeo por
cabillas. Estos modelos pueden simular el comportamiento del sistema de bombeo y
puede pronosticar su comportamiento con exactitud. Esto lo hacen usando la ecuación
de onda para simular el comportamiento de la sarta de cabillas. También usan modelos
127 matemáticos de unidades de bombeo que pueden simular cualquier geometría de
unidad.
La ecuación de onda es un modelo matemático de la sarta de cabillas. La ecuación
de onda es una ecuación diferencial parcial que no tiene solución exacta. Debido a que
solución es numérica, la única manera práctica de resolverla es con un computador.
Existen dos maneras de resolver esta ecuación dependiendo en que se desea haga el
modelo. La ecuación de onda puede usarse para calcular la carta dianagráfica de fondo
a partir de la carta dinagráfica de superficie. Esa es una aplicación de análisis
diagnostico. También puede usarse para pronosticar la carta dinagráfica para un
sistema dado. Esta es la aplicación predictiva o de diseño de la ecuación de onda. La
ecuación de onda es como sigue:
Ecuación (46)
Donde:
Velocidad del sonido en el acero.
coeficiente de amortiguación (1/seg)
tiempo (seg)
distancia desde la barra pulida (pies)
desplazamiento a partir de la posición de equilibrio (pies)
La Velocidad del sonido en el acero puede calcularse de la siguiente manera:
Ecuación (47)
Donde:
Modulo de Young (lpc)
30.5 millones de lpc
128
= de 6.1 hasta 7.2 millones de lpc.
Densidad del material de la cabillas ( )
490
150
Controladores de Bombeo
Cuando se diseñe un sistema de bombeo de mecánico, la tasa de bombeo
necesaria depende en cuanto fluido se espera fluya hacia el pozo. El sistema ideal es
aquel capaz de bombear una tasa igual a la que fluye desde el yacimiento. Esto
permitiría producir al máximo evitando el golpe de fluido o incrementos en el nivel de
fluido. En realidad la operación ideal del sistema es raramente alcanzada. Incluso si se
logra diseñar un sistema que bombee tanto fluido como el que el yacimiento aporte,
esta condición seria temporal. En la medida que la bomba se desgaste, o la tasa de
producción decline, la capacidad de bombeo podría nuevamente ser diferente que la
tasa de fluidos aportada por el yacimiento.
Cambios en el flujo de fluidos también pueden ser causados por inyección de agua,
recobro mejorado de crudo, u otros cambios en las condiciones del yacimiento. Esto
resulta o en golpe de fluido o incrementos en el nivel de fluido dependiendo si el aporte
del yacimiento se incrementa o decrece. Debido a que maximizar la producción es
usualmente la más alta prioridad, los sistemas de bombeo mecánico están usualmente
sobre diseñados. Estos excesos en la capacidad de bombeo maximiza la producción.
Sin embargo, también resultara en golpe de fluido, lo cual es la más común de las
condiciones de operación en pozos de bombeo. Si el golpe de fluido no se controla
puede causar varios problemas en los equipos de fondo y superficie.
2.3.8 .El Programa RODSTAR
RODSTAR es un programa de computadora desarrollado por Theta Enterprise.
Representa el estado del arte en diseño de pozos por bombeo mecánico. RODSTAR
usa un modelo de la ecuación de onda para la sarta de cabillas y el modelo kinematico
exacto de la geometría de la unidad de bombeo. Por lo tanto, usando RODSTAR puede
simularse cualquier sistema de bombeo y predecir su comportamiento con exactitud.
129 RODSTAR puede también simular pozos someros gracias a su capacidad de incluir los
efectos de inercia en el fluido cuando predice las cargas dinamometricas.
Esta capacidad es especialmente importante cuando se diseñan pozos someros de
altas tasas (sistemas con pistones de 2.25 plg o mas grandes y bombeando a menos
de 4000 pies). Métodos que no incluyen los efectos de la inercia de los fluidos puede
conducir hacia errores enormes. Esto resultara en sobre cargas severas del equipo de
bombeo como muestra el ejemplo al final de este capitulo. En contraste con viejos
métodos, RODSTAR proporciona una amplia flexibilidad que capacita al Ingeniero a
probar ideas, y jugar sin los costos de usar equipo real. A continuación
una lista parcial de las preguntas que RODSTAR puede responder cuando diseña un
sistema de bombeo mecánico:
¿Que velocidad de bombeo se necesita para obtener la producción deseada?
¿Qué tipo de unidad de bombeo debe usarse?
¿Qué tamaño de unidad de bombeo se necesita ahora y cual en el futuro?
¿Cuál es el efecto del tipo y tamaño de unidad de bombeo en el consumo de
energía?
¿Qué tipo de sarta de cabillas se necesitan y de que grado?
¿Será una buena aplicación para las cabillas de fibra de vidrio?
¿Que pasará si el pozo comienza con golpe de fluido?
¿Cuales serían las cargas en la caja de engranaje si la unidad no estuviese
balanceada?
¿Cuantas barras de peso se necesitan para asegurar que la sarta de cabillas
de fibra de vidrio no esta en compresión?
¿Cuál es el efecto de la presión en la línea de flujo en el comportamiento del
sistema?
Además de su modelamiento superior de algoritmos, RODSTAR tiene un
conocimiento único, característica que permiten diseñar sistemas de bombeo
mecánico más rápido y con mayor exactitud, como nunca antes.
130 2.3.9. Software educativo
Con relación al término, Sánchez (1999) define software educativo, como
cualquier programa computacional cuyas características estructurales y funcionales
sirvan de apoyo al proceso de enseñar, aprender y administrar.
Refiere el citado autor que, en los software educativos se utiliza el computador
como un apoyo en el proceso de aprendizaje, basado en que las nuevas tecnologías
han permitido centrar la atención al usuario y no al contenido, modificando el papel del
alumno, asumiendo éste la responsabilidad del proceso de aprendizaje, en el cual el
docente es sólo un facilitador para orientar los programas de instrucción.
Con respecto a este criterio, Ramírez (1997), señala que los softwares educativos
son programas de instrucción cuando, a través de estos, el usuario tiene la ventaja de
experimentar el autoaprendizaje sobre algún tema en particular, navegando a través
del mismo.
Dentro de ese marco, se reconoce a este tipo de programa como un paquete
computacional donde a través de grupo de instrucciones se le indica al computador la
manera de realizar una determinada actividad o tarea, donde el nivel de interacción del
usuario y el procesamiento de datos, presenta los procesos de aprendizaje. Pero lo que
es necesario, definir las características que debe poseer cada software educativo, para
garantizar que cumpla con la finalidad para la cual es desarrollado.
En este sentido, Peley (1997) señala lo siguiente:
1. El contenido del paquete de aprendizaje considera la amplitud del contenido y
la fácil asimilación, donde el usuario se identifique con la información del contenido.
2. Interacción con el sistema de aprendizaje: el usuario debe ser un ente activo
ante el software y cuidando de no crear múltiples escogencia en el proceso de
interactividad.
3. Utilización amigable del sistema de aprendizaje: éste debe motivar al usuario a
131 recorrerlo y debe ser agradable, tanto en forma como en contenido.
4. El lenguaje del sistema: los usuarios deben sentirse atraídos a conocer todo el
software educativo. El lenguaje no debe ser abusivo ni negativo, por el contrario debe
alentar al usuario a superar las dificultades presentadas.
5. Grado del sistema de aprendizaje: mediante la enseñanza visual de gráficas e
imágenes debe sustentarse el aprendizaje verbal, ofreciendo una mejor visión del
contenido y ayudando al usuario en su proceso de aprendizaje.
Refiere el citado autor que, un software educativo debe reunir si no todas, el
máximo posible de las características aquí mencionadas, con el fin de garantizar un
software realmente diseñado para el aprendizaje autodirigido del usuario, considerando
la taxonomía que se definirá en el software con relación al aprendizaje.
Para Galvis (2000) el software es el soporte lógico correspondiente a programas
en español aplicables a toda colección de instrucciones; que sirven para que el
computador cumpla una función o realice una tarea.
Por otra parte, en la enciclopedia virtual informática (2006) se expone que el
software está conformado por todos los programas necesarios para que el equipo físico
(hardware), funcione y realice la tarea que se haya propuesto, de este modo puede
decirse, para los fines del estudio que, el software es un conjunto de programas,
documentos, procedimientos y rutinas asociadas con la operación de un sistema de
cómputos. En otras palabras, es el conjunto de instrucciones individuales que se le
proporciona al microprocesador para que pueda procesar los datos y generar los
resultados esperados.
No existe una tendencia dominante para hacer una clasificación general acerca de
los diferentes tipos de software; siguiendo los criterios expuestos por Benítez (2003)
estos son: sistemas operativos, lenguajes de programación y programas de aplicación.
Sistemas Operativos: se entiende como un conjunto de normas que gestionan el
132 diálogo entre el computador y el operador, también controla las operaciones de
entrada / salida del sistema. Así como la ejecución simultánea de varios programas. El
respuesta real de la máquina. Si se observa una condición de error en la máquina el
sistema operativo puede dentro de las respuestas de los programas, informar de ello al
usuario.
Lenguaje de Programación: identificados como las herramientas que el usuario
emplea para desarrollar los programas que luego serán ejecutados por el ordenador.
Los lenguajes de programación incluyen herramientas, tales como intérpretes,
compiladores, editores de texto, módulos de gestión de archivos y cargadores /
montadores.
Programas de Aplicación: son aquellos susceptibles de ser utilizados en cualquier
instalación informática, independientemente del empleo que se vaya a hacer de ella
(gestión, técnica, entre otros)
Entre los programas de aplicación es posible incluir: procesadores de texto, hoja
electrónica u hoja de cálculo, sistema de administración de archivos y bases de datos,
agenda electrónica, correo electrónico, comunicaciones, gráficos y dibujos, multimedia
e hipermedia.
Por lo expuesto, es posible destacar que los programas educativos o software
educativos, están insertos dentro de los programas de aplicación, cuyo punto se estudia
en el desarrollo de esta investigación; por ende es el empleado en este trabajo; porque
permite la utilización de las diferentes herramientas para desarrollar multimedia o
hipermedia.
A.-Clasificación de los software educativos
Autores como Gross (1996), Marqués (1996), Sánchez (1999), entre otros, han
clasificado los software educativos en diferentes categorías, de acuerdo a la función
para la cual se desarrollan; sin embargo, considerando la presentación al usuario y las
actividades o tareas que con ellos se ejecutan se puede observar que algunos
133 coinciden muchas veces en los nombres de las tipologías presentadas y que muchas
de éstas complementan o son parte de otras.
Para efecto de este estudio, se tomará la tipología presentada por
Sánchez (1999), el cual clasifica al software educativo en dos (2) categorías: a) según
la forma como se articulan con el aprendizaje y nivel cognitivo desarrollado y b) según
sus características fundamentales.
De acuerdo a la forma como articulan el aprendizaje y nivel cognitivo desarrollado,
los software educativos se clasifican en:
1. Software de presentación: estos programas visualizan la información para el
aprendizaje bajo un modelo tutorial, siguiendo usualmente el ciclo de contenido:
preguntas presentación preguntas. Sin embargo, se percibe en su propuesta que el
modelo de aprendizaje que subyace sigue siendo conductista, debido a que su modelo
implícito es que, con sólo presentar la información y los conocimientos, estos serán
incorporados por el aprendiz. De esta manera el control, el ritmo y la interacción son
determinados más por el software que por el usuario.
2. Software de representación: los software de representación tratan la
información y conocimiento de la misma forma como éstos hipotéticamente se
organizan y representan en la estructuras mentales de los usuarios, es decir, a la forma
como se almacenaría la información en la memoria y como pueda ser representada
mediante una comparación metafórica, respondiendo así a los modelos de aprendizajes
cognitivos.
3. Software de construcción: estos programas son elaborados bajo un esquema
más flexibles, permitiendo al aprendiz construir y reconstruir el conocimiento,
empleando herramientas, materiales, elementos y estrategias que le son
proporcionados por el mismo software, dando al usuario la libertad de hacer cosas con
el software, mediante juegos, entretenimientos, resolución de complejidades, control de
variables, enfrentarse a situaciones inciertas, resolución de problemas, entre otros,
134 otorgando al aprendiz la interacción y adaptación para estimular el uso de algún
proceso cognitivo y su transferencia de aprender.
De lo anterior, se infiere que cada tipo de software responde en particular a una
teoría de aprendizaje como sigue: el software de presentación a la teoría conductista, el
software de representación a la teoría cognoscitiva y el software de construcción a la
teoría constructivista, cada uno de los cuales tipo se diferencia en el grado de acción,
motivación y participación del aprendiz (Gross, 1999).
Por las razones expuestas, el software objeto de la presente investigación queda
clasificado como software de representación, permitiendo al usuario la libertad de
movimiento y control del contenido, incorporando situaciones reales para que el
aprendizaje sea significativo.
Por otra parte, de acuerdo a sus características fundamentales los software
educativos se clasifican en:
1. Software de ejercitación: son programas que intentan reforzar hechos y
conocimientos que han sido analizados en una clase expositiva o de laboratorio. Se
debe resolver algún problema y al finalizar obtener una recompensa que motive al
usuario, incorporando un feedback cuando el ejercicio ha sido resuelto de forma
correcta o incorrecta, por tanto consisten en la presentación de ejercicio y la
consiguiente respuesta del alumno.
2. Software de simulación: son principalmente modelos de algunos eventos y
procesos de la vida real que proveen al aprendiz de medios ambientes fluidos, creativos
y manipuladores, normalmente son utilizados para examinar sistemas que no pueden
ser estudiados a través de experimentación natural. La ventaja recae no sólo en su
habilidad para imitar la realidad, sino también en su habilidad para simplificarla, lo que
facilita la comprensión y el control por parte de los aprendices.
3. Juegos educativos: son semejantes a las simulaciones, la diferencia radica en
que incorpora un nuevo componente: la acción de un competidor, el que puede ser real
o virtual. La ventaja es que permite al aprendiz comprometerse más que en otras
135 formas de enseñanza y el factor critico que determina cuánto aprende el usuario es la
relación entre la meta del juego (ganar) y el objetivo educativo.
4. Material de referencia: usualmente presentado como enciclopedias interactivas,
incluye tradicionalmente estructuras hipermedial con clips de video, sonido, imágenes,
entre otros.
5. Edutainment: software que integra elementos de educación y entretenimiento,
en el cual cada uno de estos elementos juega un rol significativo y en igual proporción.
Estos programas son interactivos por excelencia, utilizan colores brillantes, música y
efectos de sonido para mantener a los aprendices interesados mientras se les introduce
algún concepto o idea.
6. Historias y cuentos: son aplicaciones que presentan al usuario una historia
multimedial, la cual se enriquece con un valor educativo.
7. Editores: el objetivo es dar un marco de trabajo para diseñar, crear y
experimentar libremente en un dominio gráfico o similar.
8. Hiperhistorias: son aquellos programas que a través de una metáfora de
navegación especial se transfiere una narrativa interactiva.
9. Tutoriales: estos softwares presentan información que se plasma en un
diálogo entre el aprendiz y el computador. Comienzan con una introducción que
generalmente incluye el titulo, prerrequisitos, objetivos e instrucciones para su
utilización y luego, se repite constantemente un ciclo de presentación de información,
contestación de una o más preguntas o solución de un problema. Esto se hace para
que la información presentada motive y estimule al alumno a comprometerse en alguna
acción relacionada con la información.
Por lo tanto, infiriendo de lo antes afirmado, un software del tipo tutorial intenta
presentar información y posteriormente interactuar con el alumno a través de preguntas
y resolución de ejercicios relativos al tema, mediante el desarrollo en forma exhaustiva
de la totalidad de los contenidos a tratar, como una unidad didáctica, con enseñanza
136 personalizada, respetando el ritmo del aprendizaje individual, con una interactividad
permanente, utilizando las técnicas audiovisuales más adecuada, en cada caso, de la
misma manera que lo realizaría el docente.
Es de resaltar que debe producirse un feedback toda vez que el alumno contesta
las preguntas. Si la respuesta es correcta, el feedback constituye la forma más simple
de retroalimentación, haciendo la respuesta más significativa y efectiva. Si es errónea la
respuesta, no debe indicar solamente que la respuesta fue incorrecta, por el contrario
este reforzamiento debe hacer algo para aumentar la habilidad del alumno para
desempeñarse mejor en el futuro.
Con relación al programa tutorial, se pueden indicar ventajas muy obvias, como
las señaladas por Galvis (1998)
1. El computador es un tutor incansable.
2. No se molesta porque el usuario vaya muy lento o porque no entienda.
3. Es capaz de brindar secuencias alternativas de instrucción, con diversos
niveles de explicación.
4. Puede ser un medio de instrucción entretenido y novedoso, si quien lo
programa, aprovecha todas las posibilidades que la máquina brinda para el manejo de
efectos especiales (gráficos, animaciones, color, sonido).
5. Permite mayor homogeneidad de los contenidos o información, así como
niveles de conocimientos.
6. Evalúa conocimientos y reduce el tiempo de adiestramiento.
7. Asegura atención privada y la contabilidad de la evaluación.
8. Es ideal cuando se requiere adiestramiento individual, interactivo, consistente
y flexible a un grupo numeroso de personas y es útil para presentar procesos
secuenciales y ordenados por pasos.
137
Con respecto a lo anteriormente señalado, cabe destacar la individualidad y
flexibilidad al emplear este recurso a grupos de alumnos con diferente nivel de
aprendizaje, en tal sentido, se puede mencionar que el alumno avanza al ritmo de su
propio nivel de conocimiento.
Sin embargo, Galvis (1998), también considera que no basta con una máquina con
las capacidades antes mencionadas, se necesita a su juicio que alguien pueda
aprovechar tal potencial en una forma que educativamente sea valiosa, es decir, no se
trata sólo de programar una secuencia de operaciones en la máquina, sino también, de
programar una serie de actividades que educativamente sean valiosas y conduzcan al
logro de objetivos valederos.
Por otra parte, el computador no sólo puede presentar textos al ritmo del usuario,
entregar animaciones a todo color y/o con efectos sonoros, sino que además puede
utilizarse como herramientas de ayuda a las clases magistrales, siendo el docente una
guía frente a las dudas presentadas por el usuario durante su interacción con los
mismos, empleando los software diseñados y el computador como la herramienta
intermediaria entre el alumno y el aprendizaje.
B.-Reglas para el diseño de software educativos
Cuando se diseña un software educativo hay que evaluar aspectos resaltantes
que pueden alterar el diseño final deseado. Con relación a estos aspectos, Martínez
(1994) establecen que para administrar estas reglas deben considerarse los siguientes
aspectos:
1. Tener presente que el tiempo otorgado a la duración de cada mensaje en
pantalla debe estar en concordancia con el grado de dificultad del mismo.
2. Mantener una capacidad de respuesta adecuada, es decir, llevar el diseño de
retroalimentación efectiva.
138
3. Hacer uso del material suplementario que considere conveniente, tales como
mapas, esquemas, tablas, figuras, fórmulas, introducciones o cualquier otro permita al
alumno, minimizar los tiempos de búsqueda.
4. No exagerar la cantidad de elementos que debe recordar el alumno al mismo
tiempo y proyectar en pantalla sólo una idea a la vez.
5. Conceder suficiente tiempo para que el alumno lea y analice la información
planteada.
6. Aprovechar la facilidad gráfica que ofrece el computador para acrecentar la
capacidad de memoria del alumno, es decir, utilizar el color, analogía y gráficos para
estimular la memoria y la atención.
7. Cuidar de no utilizar el monitor como un rollo desenvuelto, resulta mucho más
práctico utilizarlo como simulador de página de un libro, en la cual cada imagen
contenga sólo una idea para luego pasar a la próxima página.
C.-Atributos genéricos a considerar en el diseño de software educativos
Tal y como fue referido, las reglas para el diseño de software educativos son de
suma importancia para el desarrollo de los mismos, no obstante hay atributos que son
importantes como las reglas mismas y su utilización asertiva suele garantizar el éxito de
los software diseñados. En este sentido Sánchez (1999) refiere algunos a considerar,
tales como:
1. Constructividad: Posibilidad de construir nuevos escenarios a partir de la
combinación de objetos en espacios y tiempo. El aprendiz hace cosas, construye, tiene
actividad.
2. Navegabilidad: Posibilidad de explorar libremente los ambientes que componen
el mundo, dominio o estructura de información presentada.
3. Interactividad: Se define como la capacidad dinámica que refleja un sistema, el
cual: (a) Provee retroalimentación al usuario en tiempo real, (b) Adapta o modifica
dinámicamente su comportamiento en función de los eventos recibidos y (c) Entabla
139 alguna modalidad conversacional con un cierto grado de detalle, complejidad y
modalidad.
4. Contenido: Es la calidad, fiabilidad, organización y relevancia de la información
entregada. Es un atributo ortogonal a la presentación y, dependiendo de la audiencia
debe ser adoptado y organizado.
5. Interfaz: Es la pantalla con la cual el aprendiz interactúa. Es la superficie de
contacto entre el aprendiz y el computador.
Estos cinco aspectos que nombra el autor en estudio son considerados como
mínimo en la planificación de desarrollo del software de la presente investigación.
Por otra parte, y refiriendo al mencionado desarrollo, cabe destacar en todo
proceso de elaboración se deben considerar estrategias metodológicas con la finalidad
de cumplir con las etapas de realización del software educativo dentro de las metas que
se desean alcanzar.
D.-Metodología de producción de software educativos.
Para el desarrollo de software educativos se requiere de enfoques metodológicos
o secuencias de pasos que integren el diseño y desarrollo de los mismos. Autores como
Mario Castro (1996), Briam Blum (1993), Boehm (1988), Summerville (1989), De Grace
(1990), Logreira y Martínez (1997), entre otros, han elaborado guías metodológicas con
la finalidad de facilitar el proceso interactivo en el desarrollo de estos programas
educativos.
Logreira y Martínez (1997) destacan que el proceso de elaboración de software
educativos, es un proceso interactivo que integra los siguientes aspectos:
a) solidez del análisis, como punto de partida;
b) dominio de teorías sustantivas sobre el aprendizaje y comunicación humana,
como fundamento para el diseño de los ambientes educativos computarizados;
140
c) evaluación permanente bajo criterios predefinidos, a lo largo de todas las etapas
del proceso, como medio de perfeccionamiento continuo del material; d) documentación
adecuada y suficiente de lo que se realiza en cada etapa, como base para el
mantenimiento que requerirá el material a lo largo de su vida útil, en determinados
momentos para comprobar su funcionamiento y detectar la necesidad de introducir
cambios.
Para esta investigación se trabajará con la metodología propuesta por Logreira y
Martínez, la cual es un eclecticismo entre los modelos de Castro y Blum, que consta de
ocho (8) fases principales: planeación, análisis, diseño educativo, diseño interactivo,
producción, pruebas, documentación y edición.
Fase de planeación
Logreira y Martínez (1997), consideran la planeación como fase fundamental,
porque contempla las ideas y pasos iniciales que permiten identificar y dar a conocer la
ejecución en espacio y tiempo de etapas posteriores, tomando en consideración las
necesidades y el recurso humano, conformándose así una planificación acorde a las
actividades a desarrollar.
1. Identificación de la necesidad, consiste en la aplicación de procedimientos para
identificar el problema que origina una situación de necesidad.
2. Identificación del recurso humano, se realiza la selección del personal experto
en cada actividad o actividades generales con el cual se ha de trabajar en el desarrollo
del software.
3. Elaboración de un plan de actividades, luego de conformar el equipo de trabajo,
se procede a definir y proyectar la duración estimada del tiempo para la ejecución de
cada una de las actividades enmarcadas en cada fase del desarrollo, para la
culminación y entrega del software terminado.
141 Fase de análisis
Durante esta fase, se establece un análisis previo al desarrollo e implementación
del software; considerándose a través de un estudio los diferentes elementos
involucrados, con la finalidad de garantizar la funcionabilidad coherente y óptimos
resultados del producto final. Se efectúa el estudio de los diferentes elementos
involucrados en la factibilidad del sistema del siguiente modo:
1. Análisis del auditorio, en esta fase se determinan las características del usuario
a quien va dirigido el software, con el fin de conocer su nivel sociocultural, nivel de
instrucción académica y el ambiente donde se desempeña, así como sus opiniones con
respectos a la implantación del mismo.
2. Análisis del ambiente, se define la plataforma de trabajo o estructura hardware-
software bajo la cual se llevará a cabo el desarrollo de a investigación, también, se
seleccionará el lenguaje de autoría y los paquetes de software con los cuales se
desarrollará la misma.
3. Análisis del contenido, se estudia el tema a desarrollar, recopilando,
examinando y clasificando la información disponible con la cual se desarrolla y
estructura el contexto o contenido del software
4. Análisis de factibilidad, consiste en hacer un análisis de la variabilidad:
a. Económica, se lleva a cabo un estudio de los costos que conlleva la realización
de la investigación incluyendo los costos del software y hardware, así como también los
posibles beneficios, que traerá su implantación en cuanto a la reducción de costos.
b. Técnica y operativa, se determinan las posibilidades de aceptación de los
posibles escenarios, así como también la disponibilidad tecnológica necesaria para su
implantación
142 Diseño educativo
En esta etapa se define la estructura de los contenidos tal como serán utilizados
en el desarrollo del software educativo:
1. Objetivos, se plantean los posibles objetivos a ser alcanzados en cada lección,
tema y / o unidad del contenido del software.
2. Contenidos, se diseña el contenido de cada lección, tema y / o unidad con el fin
de cumplir con los objetivos propuestos; también en esta fase, se definen las posibles
evaluaciones de desempeño que se van a utilizar.
3. Modelo cognoscitivo, se establece la aplicación de las técnicas de aprendizaje
sobre la cual se fundamenta la estructura educativa del software.
4. Plan instruccional, consiste en la aplicación de eventos en forma sistemática,
relacionados con todos los recursos y estrategias que permitan la ejecución de los
mismos.
Diseño interactivo
Se basa en la estructura lógica del sistema y su relación con el usuario.
1. Requerimientos funcionales, se definen los recursos lógicos (software) y los
recursos físicos (hardware) que permitan que el sistema funcione óptimamente para
satisfacer las necesidades plenamente identificadas.
2. Diseño de interfases, se estructuran los procedimientos y métodos con los
cuales el usuario establecerá relación e interactividad con el sistema.
3. Mapas de navegación, proceso a través del cual el usuario elige su propio
camino a través de una obra multimedia. Constituyen la representación gráfica de la
143 organización de la información dentro de una estructura de dato; así mismo, expresa
todas las relaciones de jerarquía y secuencia, para permitir elaborar escenarios de
comportamiento de los usuarios.
El principal valor de un mapa de navegación es que facilita la organización de la
información, y su diseño es basado en esquemas jerárquicos que permiten localizar el
área de interés del usuario en una breve exploración.
4. Guiones de producción, en esta fase se diseñan todas y cada una de las
pantallas que van a ser utilizadas para la elaboración del sistema y que van a permitir el
intercambio de información entre el usuario final y el sistema. Se involucra tanto el
diseño grafico de las mismas como la correcta administración de recursos multimedia.
Producción
Es una de las etapas más importante, ya que es aquí donde se comienza a
construir el sistema:
1. Creación de archivos de video, sonido, animación, texto e imágenes: a) Video, se procede a digitalizar el vídeo disponible utilizando los elementos de hardware y
software necesarios para la creación del archivo, b) Sonido, los sonidos a utilizar son
previamente grabados utilizando un micrófono profesional, luego utilizando un software
especializados se edita los sonidos necesarios para ser incorporados al software, c)
Animación, son gráficos que se realizan y editan en cristal 3D o en Adobe Premier,
incorporándolos luego, al software educativo, d) Texto, son editados en el mismo
lenguaje en el cual se está trabajando, e) Imágenes, por medio de la utilización de un
escáner se proceden a digitalizar las fotografías, dibujos, entre otros, que se requieran.
2. Vinculación de los archivos con el lenguaje de autoría, por medio de la
utilización de un lenguaje de autor se procede a integrar los archivos ya creados como
son los de textos, animación, sonido e imágenes.
144 Pruebas
En esta etapa se le practican una serie de pruebas al producto ya finalizado, con
el objetivo de encontrar posibles fallas y corregirlas, para que el software funcione a la
perfección. Estas pruebas son las siguientes:
1. Pruebas alfa, son evaluaciones realizadas por expertos en computación, al
producto final, diseño instruccional y tema que sé esta tratando, para agregar mejoras
propuesta por ellos.
2. Pruebas betas, son evaluaciones realizadas por usuarios que no tienen
conocimiento alguno sobre el sistema, para corregir o agregar mejoras propuestas por
ellos.
Documentación
En esta etapa se elaboran los manuales de referencia del sistema.
1. Manual del usuario, es una guía que tiene como objetivo dar toda la
información referente al adecuado uso del software, para acercar al usuario al sistema y
propiciar la interrelación entre ellos.
2. Manual del sistema, contiene la información detallada de cómo se realizó el
sistema (estructura, funciones, archivos y elemento).
Edición
Producción de un disco compacto como producto del proceso.
1. Grabación de CD master y copias, implantación del software educativo en un CD
maestro y elaboración de reproducciones como complemento.
2. Impresión de manuales, proceso de impresión del manual del sistema y del
manual del usuario.
145
Además, de la selección de la metodología a seguir en el desarrollo de un
software, es necesario establecer los elementos que se van a utilizar para la
presentación de la información (texto, gráficos, colores, animaciones, entre otros), que
permitirán crear un ambiente interactivo con el usuario. Cada uno de estos elementos
son componentes esenciales de la multimedia, los cuales se describen a continuación.
E.-Multimedia
La información crece en forma exponencial con los avances de la ciencia y la
tecnología, de tal manera que el reto de la educación hoy día es desarrollar en el
aprendiz habilidades cognitivas superiores necesarias para sintetizar y utilizar la
información que se genera en los centros de investigación tecnológica. Mediante el uso
de la computadora y la tecnología de las telecomunicaciones, es posible crear un
ambiente computarizado tridimensional y multiuso, el cual permite simular la realidad,
en éste el usuario navega a través de una red de actividades que le estimulan cognitiva
y afectivamente.
En este sentido, se puede decir, que la tecnología multimedia ha evolucionado de
su rol como emisor de información hacia el desarrollo de un nuevo modelo de
enseñanza
redes de conocimiento. Al respecto Vaughan (1995) afirma que los multimedios
causarán cambios radicales en el proceso de enseñanza en las próximas décadas en
particular, porque los estudiantes se darán cuenta que podrán ir más allá de los limites
que impone la enseñanza tradicional.
La tecnología multimedia tiene un alto potencial para aumentar las posibilidades
de logro de habilidades cognitivas de alto nivel. Según el autor mencionado, los
multimedios han sido utilizados en las últimas décadas en diferentes ámbitos
profesionales y para denominar diferentes tipos de técnicas u obras, pero con un mismo
concepto; la integración de distintos medios de expresión y comunicación de manera
simultánea para cumplir un objetivo definido. Razón por la que el concepto multimedia,
146 es muy explícito para los expertos y es por ello que la definen de varias maneras, entre
las manejadas por este estudio, se citan:
Burger (1994), afirma que la multimedia es la combinación de las capacidades
interactivas del computador con las posibilidades de comunicación del vídeo. Asimismo,
Battro (1997), la define como la integración del texto, gráficos, animaciones, videos,
sonidos, interactividad.
Considerando tales conceptualizaciones, puede resultar de su análisis, las
siguientes características del multimedia:
1. Aprendizaje a través de la elaboración del descubrimiento estructurado y con
poder motivacional.
2. Representaciones del conocimiento tipo red (Web) e interacción entre los
participantes.
3. Posibilidades de evaluación mediante diversas vías y habilidad para cubrir
diversos estilos de aprendizaje.
4. Permite al aprehendiente navegar y crear su propio tours hacia la búsqueda de
aprendizajes significativos.
De manera que, en el aprendizaje a través de la tecnología multimedia, se concibe
al participante como un turista que se mueve a través de la base de datos, en la cual
escoge, cómo explorar este ambiente cognitivo.
También es posible crear un contexto en el cual el participante aprende el
contenido establecido en los objetivos de una forma activa, al mismo tiempo que
desarrolla sus habilidades intelectuales. Asimismo, los aprendices pueden tomar notas,
copiar documentos, seleccionar fotografías y videos durante el aprendizaje.
147
Es una herramienta inteligente muy útil para el manejo de información y al mismo
tiempo, desarrollo de habilidades intelectuales. De igual manera, es importante
considerar los elementos multimediales a fin de garantizar los objetivos establecidos en
el software.
Elementos de la multimedia
Vaughan (1995), señala al respecto que, un sistema multimedia está integrado por
varios elementos, entre los cuales se pueden encontrar:
Textos: El hombre ha desarrollado el texto y los símbolos como medio de
comunicación, estos son la puerta de entrada para el poder y el conocimiento, Es
importante diseñar etiquetas para los títulos de las pantallas, menús, y botones de
multimedia, en los cuales los mensajes recibidos a través de las pantallas, forman parte
de la interactividad del usuario, el texto es un segmento de información representado
por un conjunto de caracteres que transmite un mensaje en forma escrita, de uno o
varios tipos de fuentes, y es además, uno de los medios o herramientas de
comunicación más antiguo y utilizado por el hombre, debido a que es el elemento
constituyente del lenguaje escrito de todas las culturas del mundo.
Criterios para la selección de textos:
1. Seleccionar las fuentes que le parezcan adecuadas para mensajes.
2. Utilizar las fuentes disponibles más legibles para las letras pequeñas.
3. Utilizar el menor número posible de tipo de letras en el mismo trabajo, pero
haciendo variar cuando requiera.
4. En los bloques de textos, emplear el interlineado para obtener un efecto más
agradable. Las líneas demasiado pegadas pueden dificultar la lectura.
5. Variar el tamaño de la fuente en proporción a la importancia del mensaje que
envía.
148
6. En los encabezados de tamaños grandes, ajustar el espacio entre las letras de
forma que se vean bien.
7. Explorar los efectos con diferentes colores y selecciones en fondos, para hace
resaltar los diferentes tipos de letras.
8. Emplear textos, suavizando aquel que requiera una suave mezcla de títulos y
encabezados, también en funciones de los bordes de las letras con el fondo, creando
una transmisión suave.
9. Al utilizar un bloque de textos centrado, se debe tratar de no usar muchas
líneas.
Hipertextos: Es un sistema que permite acceder en la pantalla de información
usando iconos o hipervínculos para asociarla. En un sentido más sofisticado es un
ambiente de cooperación en el trabajo, comunicación y adquisición de conocimientos.
Sonido: Es quizás el elemento de multimedia que más excita los sentidos. Puede
brindar placer al escuchar música, sorprender con los efectos especiales, o crear un
ambiente que establezca la atmósfera adecuada. Es información representada en forma
de ondas sonoras con el fin de transmitir mensajes al usuario, tanto explicativo como
conceptual.
En los proyectos multimedia, se deben seguir ciertos pasos como son: (a) Decidir
qué clase de sonido necesita (si es para efectos o música de fondo o diálogos
hablados), y decidir a su vez el lugar preciso en que se requiera que ocurra, (b) Decidir
dónde y cuándo quiere utilizar audio digital, (c) Crear el material a utilizar, (d) Editar los
sonidos para adaptarlos al proyecto, (e) Probar los sonidos para afinar la sincronización
de las actitudes del proyecto.
Imágenes: En una pantalla multimedia lo que se ve es una composición de
elementos, textos, símbolos, mapas de bits, botones especiales para seleccionar
ventanas de vídeo en movimiento. La acción ocurre en la pantalla de la computadora,
contiene mucho más que un mensaje, también representa la conexión del espectador
149 con todo contenido de su proyecto.
Imagen Fija: cada una de las pantallas que se utilizan como área de comunicación
visual con el usuario y cuyo diseño define la importancia de las partes que la componen
(digitalización, botones, textos y otros).
Animación: Es una proyección de secuencias de una serie de imágenes fijas
secuénciales, a cierta velocidad que dá la sensación de movimiento a la vista del ojo.
Existen programas de animación computarizada que emplean, en general, la
rutina lógica y los procesos de la animación de cuadros, utilizando técnicas de capas,
cuadro y clave. Incluso toman prestado el vocabulario de los animadores clásicos.
En este sentido, la tecnología multimedia integrada en el desarrollo del software
educativo, tiene como finalidad:
1. Permitir la entrega del aprendizaje, siguiendo los pasos del método científico.
2. Permitir al usuario aplicar conocimientos previos para ampliar y desarrollar la
información que se provee.
3. Dirigir el proceso de aprendizaje a través de redes cognitivas, facilitando el
aprendizaje integrado y el uso de estrategias de evaluación a lo largo del proceso.
4. Incluir niveles de navegación, de manera que el usuario no se desoriente y se
sienta perdido en el software propuesto.
5. Evitar situaciones en las cuales el usuario se confunda cuando un compañero
ha alterado la navegación. Esto para cuando el aprendizaje se realice en grupo.
Es muy importante saber emplear estas herramientas, con la finalidad de no
saturar el software. Sin embargo, es preciso resaltar que al emplearlas como medio
motivador, el usuario pueda alcanzar los objetivos establecidos.
150 F.- Lenguaje de Programacion.
Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para expresar
procesos que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las computadoras.
Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de
una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación
humana.1 Está formado por un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas
que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso
por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente
de un programa informático se le llama programación.
También la palabra programación se define como el proceso de creación de un
programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través
de los siguientes pasos:
El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular.
Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación
específico (codificación del programa).
Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de
máquina.
Prueba y depuración del programa.
Desarrollo de la documentación.
Existe un error común que trata por sinónimos los términos 'lenguaje de
programación' y 'lenguaje informático'. Los lenguajes informáticos engloban a los
lenguajes de programación y a otros más, como por ejemplo HTML (lenguaje para el
marcado de páginas web que no es propiamente un lenguaje de programación, sino un
conjunto de instrucciones que permiten diseñar el contenido de los documentos).
Permite especificar de manera precisa sobre qué datos debe operar una
computadora, cómo deben ser almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar
bajo una variada gama de circunstancias. Todo esto, a través de un lenguaje que
intenta estar relativamente próximo al lenguaje humano o natural. Una característica
151 relevante de los lenguajes de programación es precisamente que más de un
programador pueda usar un conjunto común de instrucciones que sean comprendidas
entre ellos para realizar la construcción de un programa de forma colaborativa.
Lenguaje de Programacion Visual Basic
Visual Basic es un lenguaje de programación dirigido por eventos, desarrollado
por Alan Cooper para Microsoft. Este lenguaje de programación es un dialecto de
BASIC, con importantes agregados. Su primera versión fue presentada en 1991, con la
intención de simplificar la programación utilizando un ambiente de desarrollo
completamente gráfico que facilitara la creación de interfaces gráficas y, en cierta
medida, también la programación misma.
La última versión fue la 6, liberada en 1998, para la que Microsoft extendió el
soporte hasta marzo de 2008. En 2001 Microsoft propuso abandonar el desarrollo
basado en la API Win32 y pasar a un framework o marco común de librerías,
independiente de la versión del sistema operativo, .NET Framework, a través de Visual
Basic .NET (y otros lenguajes como C Sharp (C#) de fácil transición de código entre
ellos); fue el sucesor de Visual Basic 6.
Aunque Visual Basic es de propósito general, también provee facilidades para el
desarrollo de aplicaciones de bases de datos usando Data Access Objects, Remote
Data Objects, o ActiveX Data Objects. Visual Basic (Visual Studio) contiene un entorno
de desarrollo integrado o IDE que integra un editor de textos para edición del código
fuente, un depurador, un compilador (y enlazador) y un editor de interfaces gráficas o
GUI.
Historia de Visual Basic
Todas las versiones de Visual Basic para Windows son muy conocidas, aunque
la Microsoft Visual Basic 1.0 desarrollada para el sistema operativo MS-DOS (ediciones
Profesional y Estándar), fue menos difundida y data de 1992. Esta proveía un entorno
que, aunque en modo texto, incluía un diseñador de formularios en el que se podían
152 arrastrar y soltar distintos controles.
La última versión que generaba sólo aplicaciones de 16 bits, fue la 3.0, y no
incluía una detallada biblioteca de componentes para toda clase de usos. Durante la
transición de los sistemas Windows 3.11 a Windows 95, en 1995, hizo su aparición la
versión 4.0; ésta si podía generar programas tanto de 16 como de 32 bits, a partir de un
mismo código fuente, aunque a costa de un gran aumento en el tamaño de los archivos
necesarios en tiempo de ejecución ("runtime"). Además, se sustituyeron los controles
VBX por los nuevos OCX. Con la siguiente versión, la 5.0, se estuvo a punto de
implementar por primera vez la posibilidad de compilar a código nativo, obteniendo una
mejora de rendimiento considerable.
Tanto esa como la sucesora 6.0 soportaban ciertas características propias de los
lenguajes orientados a objetos, pero carecían de algunas importantes, tales como
herencia y sobrecarga. La versión 6.0, que puede generar código ejecutable directo en
32 bits, y continua aun utilizándose masivamente, es compatible prácticamente en
forma completa con las últimas versiones de los sistemas Windows, como Vista y
Windows 7.
Visual Basic evolucionó para integrar la plataforma .NET, perdió su propia
identidad como lenguaje único adquirible pasando a integrar un paquete, llamado
precisamente Microsoft .NET, dentro de ese paquete o framework se encuentra el
nuevo y llamado Visual Basic .NET, que trabaja sobre el entorno Microsoft Visual
Studio; la nueva versión del lenguaje posee profundas diferencias en la forma de
programar, respecto de Visual Basic 6, pero gran semejanza en su sintaxis básica.
Cabe mencionar que aunque menos conocido, existió también una versión gratuita de
Visual Basic 5.0, orientada al desarrollo de controles y componentes, su nombre
específico era Microsoft Visual Basic 5.0 Control Creation Edition (Visual Basic 5 CCE).
También hubo versiones orientadas al desarrollo de aplicaciones para dispositivos
móviles basados en Windows CE y Pocket PC, conocidas como Embedded (Visual
Basic).
153
Visual Basic 1.0 para Windows se liberó en Mayo de 1991.
Visual Basic 1.0 para MS-DOS fue liberada en Septiembre de 1992. Poco
popular, este lenguaje no era compatible con Visual Basic para Windows, ya que
constituía en realidad la siguiente versión de los compiladores BASIC vigentes
para DOS, denominados QuickBASIC y BASIC PDS (Profesional Development
System). Usaba una interfase de texto, con caracteres ASCII extendidos que
simulaban una apariencia de una interfaz gráfica.
Visual Basic 2.0 fue liberado en Noviembre de 1992. Venía en versiones
Standard y Professional. El entorno de programación era más fácil de usar que el
anterior, y su velocidad de proceso fue mejorada. En particular, los formularios
se convirtieron en objetos instanciables, sentando así los conceptos
fundamentales para módulos de clase, que más tarde se ofrecerían en la versión
4.
Visual Basic 3.0 salió al mercado en verano de 1993, en versiones Standard y
Profesional, incluía la versión 1.1 de Microsoft Jet Database Engine que permitía
acceso a bases de datos Access.
Visual Basic 4.0, salida en agosto de 1995 fue la primera versión que generaba
aplicaciones tanto de 16 como de 32 bits para Windows. Había
incompatibilidades entre las distintas realeases de VB4 que causaban fallas de
instalación y problemas de operación. Mientras las anteriores versiones
utilizaban controles VBX, con la 4.0 se comenzaron a utilizar controles OLE en
archivos OCX, que más tarde se llamarían controles ActiveX.
En febrero de 1997, Microsoft lanzó Visual Basic 5.0, versión que exclusivamente
generaba programas de 32 bits. Los programadores que aun preferían generar
aplicaciones de 16 bits debían necesariamente utilizar VB 4.0, siendo
transportables en código fuente a VB 5.0 y viceversa. En la versión 5 se tenía la
posibilidad de crear controles personalizados, también permitía compilar a código
ejecutable nativo de Windows, logrando con ello incrementar la velocidad de los
programas generados, principalmente los de cálculo.
Visual Basic 6, salido a mediados de 1998, muy mejorado, incrementó el número
de áreas1 e incluyó la posibilidad de crear aplicaciones basadas en Web.
Microsoft retiró el soporte de VB6 en Marzo de 2008, pero a pesar de ello la
154
ejecución aun resulta compatible en ambientes nuevos, como Windows Vista,
Windows Server 2008 y Windows 7.2 3
El soporte estándar para Microsoft Visual Basic 6.0 finalizó el 31 de marzo de
2005, pero el extendido terminó en marzo de 2008.4 En respuesta, la comunidad de
usuarios de Visual Basic expresó su grave preocupación y se firmó una petición para
mantener el producto vivo.5 Microsoft se ha negado hasta el momento a cambiar su
posición sobre el asunto. Irónicamente, en esa época (2005), se conoce que el software
antiespía ofrecido por Microsoft, "Microsoft AntiSpyware" (parte de la GIANT Company
Software), fue codificada en Visual Basic 6.0; su posterior sustituto, Windows Defender,
fue reescrito en código C++.6
Características de Visual Basic
Los compiladores de Visual Basic generan código que requieren una o más librerías
de enlace dinámico para que funcione, conocidas comúnmente como DLL (sigla en
inglés de dynamic-link library); en algunos residente en el archivo llamado
MSVBVMxy.DLL (siglas de "MicroSoft Visual Basic Virtual Machine x.y", donde x.y es la
versión) y en otros en VBRUNXXX.DLL ("Visual Basic Runtime X.XX"). Estas DLL
proveen las funciones básicas implementadas en el lenguaje, conteniendo rutinas en
código ejecutable que son cargadas bajo demanda en tiempo de ejecución. Además
existe un gran número de bibliotecas del tipo DLL, por ejemplo las que facilitan el
acceso a la mayoría de las funciones del sistema operativo o también las que proveen
funciones para la integración con otras aplicaciones.
En el Entorno de desarrollo integrado (IDE) de Visual Basic se puede ejecutar el
programa que esté desarrollándose, es decir en modo intérprete (en realidad pseudo-
compila el programa muy rápidamente y luego lo ejecuta, simulando la función de un
intérprete puro). Desde ese entorno también se puede generar el programa en código
ejecutable (exe). Ese programa así generado en disco puede luego ser ejecutado fuera
del ambiente de programación (incluso en modo stand alone), aunque será necesario
que las librerías DLL requeridas se encuentren instaladas en el sistema para posibilitar
155 su ejecución.
Entorno de desarrollo para Visual Basic.
Existe un único entorno de desarrollo para Visual Basic, desarrollado por Microsoft:
Microsoft Visual Basic x.0 para versiones desde la 1.0 hasta la 6.0, (con las diferencias
entre las versiones desde la 1.0 (MS-DOS/Windows 3.1) hasta la 3.0 (16 bits, Windows
3.1/95) y las de la 4.0 (16/32 bits, Windows 3.1/95/NT) hasta la 6.0 (32 bits, Windows
9x/Me/NT/2000/XP/2003 server).
156
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
Durante la fase correspondiente al presente capítulo, se muestran los aspectos de
carácter metodológico empleados por parte de el investigador para alcanzar los
objetivos propuestos en el estudio, describiendo el tipo y diseño de investigación, la
población, muestra y las técnicas e instrumentos a utilizar para la recolección de
datos, así mismo, las técnicas de análisis de datos.
3.1. Tipo de Investigacion.
7).
Ahora bien desde el punto de vista puramente científico, la investigación es un
proceso metódico y sistemático dirigido a la solución de problemas o preguntas
científicas, mediante la producción de nuevos conocimientos, las cuales constituyen la
solución o respuestas a tales interrogantes. La investigación puede ser de varios tipos,
y en tal sentido se puede clasificar de distintas maneras, sin embargo es común hacerlo
en función de su nivel, su diseño y su propósito. Sin embargo dada la naturaleza
compleja de los fenómenos estudiados, por lo general para abordarlos es necesario
aplicar no uno sino una mezcla de diferentes tipos de investigación.
Existen diferentes maneras de clasificar la investigación científica, sin embargo se ha
expuesto la siguiente organización, basándose en los criterios estudiados por José
investigación, según el nivel de profundidad del conocimiento que se pretende alcanzar
y la estrategia
(Fernández y Chamorro, 1996: 131 p).
El nivel de investigación se refiere al grado de profundidad con que se aborda un
fenómeno u objeto de estudio. (Arias, 2006, p 23). Tomando en cuenta diversos
criterios según el nivel, ésta investigación se clasifica en:
157
Investigación Documental.
La investigación documental es un proceso basado en la búsqueda, recuperación,
análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y
registrados por otros investigadores en fuentes documentales: impresas, audiovisuales
o electrónicas. Como en toda investigación el propósito de este diseño es el aporte de
nuevos conocimientos. (Arias, 2006, p 27).
Investigación descriptiva.
La investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno,
individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los
resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la
profundidad de los conocimientos se refiere. (Arias, 2006, p 24).
La investigación descriptiva según la opción metodológica establecida se clasifica
en estudios de medición de variables independientes, señalando que los estudios
descriptivos miden de forma independiente las variables y aun cuando no se formulan
hipótesis, tales variables aparecen enunciadas en los objetivos de investigación. (Arias,
2006, p 25).
De acuerdo a los objetivos planteados, la investigación puede catalogarse como
proyectiva o proyecto factible, que según Hurtado (2000) tiene como propósito la
elaboración de una propuesta dirigida a resolver determinadas situaciones. Dentro de
esta categoría puede incluirse el desarrollo de programas informáticos, el diseño de
programas de estudios, entre otros. Igualmente, la investigación es de campo, ya que la
información de interés para resolver el problema planteado, se obtendrá en el lugar
donde ocurren los hechos.
3.2. Diseño de la Investigacion
El diseño señala lo que se debe hacer para alcanzar los objetivos de estudio y
para contestar las interrogantes de conocimiento que se han planteado. Si el diseño
158 está bien concebido, el producto final de un estudio (sus resultados) tendrá mayores
iseño de investigación se define
como el plan o estrategia para obtener la información que se requiere en una
Después de formular la variable y de definir las dimensiones o los objetivos del
estudio, el investigador debe entonces seleccionar el tipo de estudio idóneo para
responder a la interrogante que motiva la investigación, teniendo en consideración que
generalmente existen mas de un tipo de diseño apropiado para ello.
La clasificación de los diferentes tipos de investigación se relaciona con el problema
que pretende resolver. Los objetivos que se plantean en la investigación ejercen una
influencia capital en la determinación del tipo de estudio que se realizará. Las
investigaciones pueden clasificarse con arreglo a varios criterios pero, en lo
fundamental, éstos siguen la línea de considerar el estado de los conocimientos y
según este tipo de investigación el diseño establecido es el siguiente:
an sin la manipulación
deliberada de variables y en los que solo se observan los fenómenos en su ambiente
La investigación no experimental es también conocida como investigación Ex Post
Facto, término que proviene del latín y significa después de ocurridos los hechos. De
investigación sistemática en la que el investigador no tiene control sobre las variables
independientes porque ya ocurrieron los hechos o porque son intrínsecamente
En la investigación Ex Post Facto los cambios en la variable independiente ya
ocurrieron y el investigador tiene que limitarse a la observación de situaciones ya
existentes dada la incapacidad de influir sobre las variables y sus efectos (Hernández,
Fernández y Baptista, 1991).
159 A partir de las observaciones se procede a diseñar los objetivos dando inicio a la
investigación en sentido opuesto a una investigación experimental. Esta investigación
se ubica dentro del tipo documental, Experimental, aplicada y descriptiva.
Es Documental ya que según Bavaresco (1997), las Investigaciones
Documentales dan inicio a casi todas las demás investigaciones, debido a que permite
un conocimiento previo o el soporte documental o vinculante al tema de estudio.
Aplicada, este tipo de investigación también recibe el nombre de práctica o empírica.
Se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos que se
adquieren a los problemas que se presentan en la vida real, de allí que lo que interesa
al investigador, primordialmente, son las consecuencias prácticas. Chávez, N (1994),
señala que la investigación descriptiva se orienta a recolectar información relacionada
con el estado real de las personas, objetos, situaciones o fenómenos tal cual se
presentaron en el momento de u recolección.
De lo anteriormente expuesto se puede decir entonces que: De acuerdo a los
objetivos planteados, la investigación puede catalogarse como proyectiva o proyecto
factible, que según Hurtado (2000) tiene como propósito la elaboración de una
propuesta dirigida a resolver determinadas situaciones.
Dentro de esta categoría puede incluirse el desarrollo de programas informáticos,
el diseño de programas de estudios, entre otros. Y asi mismo, documental ya se llevo
acabo por medio de consultas bibliográficas (libros, carpetas, trabajos de investigación,
documentos, material digital como Internet y programas computarizados de la empresa,
con la finalidad de conocer a fondo el área donde tiene lugar el tema y tener un
conocimiento solidó que permitiera interpretar y resolver el problema planteado.
Esta investigación se enmarcó dentro de un diseño de tipo no experimental,
porque la variable no se manipuló y los fenómenos se observaron tal y como
sucedieron en su contexto natural, para luego ser analizados sin la intervención del
investigador (Hernández y otros, 2003b:269).
160
Asimismo, el diseño de la investigación es transeccional-descriptivo.
Transeccional, porque los datos se recolectan en un solo momento, en un tiempo único
y descriptivo, pues su procedimiento consiste en medir en un grupo de personas u
objetos una o más variables y proporcionar su descripción. (Hernández y otros,
2003c:273).
Es descriptiva, por que la información recopilada es la base fundamental para
conocer las características de los sistemas aplicados a esta investigación y en cierta
forma permite establecer las mejores prácticas en el diseño de dicho sistema.
3.3. Población y muestra
Población
Para Tamayo (2001: 146) la población representa la totalidad del fenómeno a
estudiar, donde las unidades poseen una característica común, las cuales se estudian y
dan origen a los datos de la investigación, es decir, son las personas o elementos cuya
situación se está investigando.
En este orden de ideas, a los fines de este estudio, la población estuvo formada
por un total de cuarenta y cinco(45) alumnos cursantes de la Unidad Curricular
Producción de Hidrocarburos, pertenecientes al Programa de Ingeniería de Petróleo
LUZ . El Objetivo de esta población es validar la Aplicación del Paquete Computarizado
y aplicar un Cuestionario referente al mismo.
Muestra
Para Hurtado (2000b: 154) la muestra es una porción de la población que se toma
para realizar el estudio, la cual se considera representativa, de manera que los
hallazgos encontrados puedan generalizarse a la población. El propósito de su
determinación, es integrar las observaciones y mediciones de los sujetos, situaciones,
organizaciones o fenómenos, que forman parte de un universo mayor, para extraer de
161 esta forma la información pertinente al objeto de estudio, que resulta imposible
recolectar, por el tamaño y complejidad de la totalidad.El objetivo de esta muestra es
validar la aplicación del paquete computarizado y aplicar el cuestionario referente al
mismo.
Para tal fin, se calculó el tamaño de la muestra de acuerdo a los criterios de Sierra
Bravo (1998:213), para universos finitos, cuya ecuación es la siguiente:
qpNENqpn
4)1(4
2
Donde, n representa el tamaño de la muestra, p y q ,las varianza de probabilidad de
éxito y fracaso, N, es el tamaño de la población objeto de estudio y E2: representa el
margen de error seleccionado por el investigador.
Por lo expuesto anteriormente se obtiene:
54,40505041455
45505042n
414154,40
nn
En la investigación se utilizó, el muestreo aleatorio, probabilístico o al azar, pues
todos los sujetos de la población tienen la misma probabilidad de ser seleccionados
como parte de la muestra (Hernández y otros, 2003). Con relación a la técnica de
muestreo probabilístico, se escogió la de azar simple, por ser la población objeto de
estudio homogénea.
Esta técnica consiste en la elaboración de una lista con todos los integrantes de la
población, donde se le asigna un código a cada uno de ellos, y luego se selecciona a
los miembros de la muestra mediante la utilización de tablas de números aleatorios o
programas computarizados (Hurtado, 2000)
162 3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Para Arias (1999:53) las técnicas de recolección de datos son las distintas
formas o maneras de obtener la información. El mencionado autor señala entre algunas
técnicas: la observación directa, encuesta, análisis documental, análisis de contenido,
entre otros. Igualmente, sostiene que los instrumentos son los medios materiales que
se emplean para recolectar y almacenar la información.
Ente orden de ideas, la técnica empleada en la recolección de la información fue
instrumento que agrupa una serie de preguntas relativas a un evento, situación o
La
razón de la selección de este instrumento, es que puede ser aplicado de manera
masiva, confiable y válida a un grupo de sujetos, y ofrecer con certeza una opinión
pública al momento de interpretar los datos recolectados
Por lo antes expuesto, este instrumento permitió recoger datos para dar
cumplimiento al objetivo número uno de la investigación referido a identificar las
dificultades que presentan los estudiantes en cuanto al aprendizaje significativo de la
Unidad Curricular Produccion de los Hidrocarburos.El instrumento estuvo dirigido a los
estudiantes cursantes la unidad curricular antes mencionada, con el propósito de medir
los indicadores: material significativo, estructura cognitiva y disposición para aprender.
El cuestionario constó de dieciocho (15) ítems o interrogantes, con respuestas de
opción múltiples, con la finalidad de determinar los aspectos que se presentaron en el
software (anexo A)
Los datos primarios, que son los que se obtienen directamente a partir de la realidad
misma, sin sufrir ningún proceso de elaboración previa; y los datos secundarios son
registros históricos que proceden también de un contacto con la práctica, pero que ya
han sido recogidos, y muchas
2006: 130)
163
recolección de los datos son conocidas como las distintas formas o maneras de obtener
la información. Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para
recoger y almacenar la información, estas técnicas de recolección permiten el acceso a
la información de una manera adecuada para conducir la investigación hacia la solución
investigador y que le permiten obtener información. Las técnicas son los medios
empleados para recolectar la informació
Observación
98 p), específicamente la observación indirecta que se presenta cuando el investigador
corrobora los datos que ha tomado de otros, ya sea de testimonios orales o escritos de
personas que han tenido contacto con la fuente que proporciona los datos.
En este caso se presenta la Observación Indirecta, la cual ocurre cuando el
investigador corrobora los datos que ha tomado de otro, ya sea testimonios orales o
escritos de personas que han tenido contacto con la fuente que proporciona los datos.
Entrevistas
La entrevista se define como un proceso interactivo (verbal o escrito) que tiene
lugar entre el entrevistado y el entrevistador, con el fin de obtener la información
que no existe una estandarización formal, habiendo por lo tanto un margen más o
114 p).
En esta investigación se utilizó entrevista de tipo Informal, puesto a que la
entrevista se redujo a una conversación con personal perteneciente a la industria
164 petrolera y con conocimientos referentes al tema en estudio. Del mismo modo para la
realización del presente estudio se recopiló información que ha sido escrita y transcrita
por personas que han recibido tal información a través de otras fuentes escritas o por
un participante en un suceso o acontecimiento; este material suele encontrarse
seleccionado y se dispersa en múltiples archivos y fuentes de información, como son:
los libros de textos, artículos de revistas, trabajos de grado, libros especializados y
páginas Web. Estas fuentes permitieron obtener información básica sobre el sistema de
levantamiento artificial por bombeo mecánico.
escrito corrientemente se
(Sabino, 2006: 149 p).Por lo tanto, para la recolección de datos secundarios, se hizo
necesario acudir a los centros de información, como biblioteca, hemeroteca, archivos,
en las que se encontró información relacionada con la investigación. Este renglón
incluye las enciclopedias, bibliografías, los índices e internet; los datos que integran las
fuentes secundarias se basan en documentos primarios.
3.5. Validez y confiabilidad del instrumento de recolección de datos
Un instrumento de recolección de información es un recurso utilizado por el
investigador para registrar información o datos sobre las variables que desea analizar.
Para que la información obtenida por éste pueda ser utilizada, el instrumento debe
reunir dos requisitos esenciales: validez y confiabilidad. El primer requisito se refiere al
grado en que el instrumento mide la variable que se propone medir; mientras el
segundo está relacionado con el grado en que la aplicación repetida del instrumento al
mismo fenómeno, genera resultados similares (Hernández y otros, 2003)
En este orden de ideas, el instrumento fue validado por el juicio de cinco expertos,
opinión sobre la correspondencia de los ítemes del cuestionario, con los objetivos,
dimensión, indicadores y sub-indicadores y a su vez corregir aspectos relacionados con
su presentación y redacción. Los resultados de la validación se presentan en la tabla 10
en el cual se refleja para cada experto, el titulo de pre y post grado, las observaciones
165 y/o recomendaciones realizadas durante la validación del instrumento
Tabla 10. Validación de instrumento
Nº EXPERTO TÍTULOS OBSERVACIONES Y/O RECOMENDACIONES
1 Andreeduis Rodriguez
Ingeniera Mecánica Magíster Scientiarum en Artium Gas
Mejorar redacción del ítem Nº 11
2 González, Griselda
Licenciada en Educación, mención Biología y Química Magíster en Ciencias Ambientales
Los ítemes cumplen con el objetivo planteado
3 Juan Silva Ingeniera de Petróleo Magíster en Ingeniería de Petróleo Doctor en Ciencias de la Educación
Los ítemes cumplen con el objetivo planteado
4 Perrozzi, Rosmelina
Ingeniera Mecánica Magíster en Informática Educativa Doctora en Ciencias de la Educación
Mejorar redacción del ítem Nº 11
5 Villasmil, Margarita
Ingeniera Civil Magíster Scientiarum Gerencia Financiera Doctora en Ciencias de la Educación
Mejorar redacción del ítem Nº 11
Fuente: Rodríguez (2012)
Analizadas las observaciones realizadas por los expertos, se procedió a mejorar la
redacción del ítem Nº 11, para posteriormente aplicar el instrumento a la muestra en
estudio. Validado el instrumento por los expertos, se determinó su confiabilidad a través
del coeficiente Alpha de Cronbach. Esta técnica consiste en aplicar el método de
análisis de varianza de los ítems, para estimar la confiabilidad de consistencia interna
en instrumentos de respuestas con opciones múltiples (Ruíz, 2002). Para tal fin, se
aplicó una prueba piloto a quince participantes seleccionados al azar simple, de la
población en estudio que no conforman la muestra.
En este sentido, la formula utilizada en el cálculo del coeficiente de Cronbach fue
la siguiente:
rtt = K
X 1 - SI
2
K-1 ST2
Donde:
rtt = Coeficiente de confiabilidad.
K= Número de ítems.
166 SI
2 = Varianza de los puntajes de cada ítem.
ST2= Varianza de los puntajes totales.
Considerando los valores de la tabla de datos para la confiabilidad del instrumento
(anexo C), se puede indicar entonces que:
rtt = 0,87
La confiabilidad para esta investigación resultó ser Muy Alta, según la escala de
interpretación del coeficiente de confiabilidad establecido por Ruiz (2002), la cual es:
Tabla 11. Rangos de coeficientes de confiabilidad
Rangos Magnitud 0,81 a 1,00 Muy Alta 0,61 a 0,80 Alta 0,41 a 0,60 Moderada 0,21 a 0,40 Baja 0,01 a 0,20 Muy Baja
Fuente: Ruíz (2002)
3.6. Procedimiento de la investigación
p
Para la ejecución de toda investigación es necesario cumplir con una serie de pasos
que permitan llevar la misma a su satisfactoria culminación. El procedimiento de esta
investigación se puede explicar de acuerdo a los siguientes pasos:
Escogencia del tema en estudio. El cual para esta investigación en particular fue
el estudio de la metodología aplicada para el diseño de sistema de levantamiento por
bombeo mecánico en el área de petróleo.
Planteamiento y formulación del problema a investigar, estos se llevarón a
partiendo del tema escogido y tomando en cuenta la necesidad existente de aplicar
cabo una técnica que permita el buen desempeño del sistema de levantamiento por
bombeo mecanico.
167 Formulación de los objetivos, tanto a nivel general como específicos, estos se
desarrollaron para que la investigación tenga un propósito de resolver el problema
planteado y a la vez permitir establecer y dar a conocer ciertas recomendaciones. Se
consultaron los antecedentes correspondientes de la investigación a realizar para que
pueda servir de soporte a la misma.
Se abordó está investigación consultando libros y data suministrada por el tutor
académico y páginas Web donde se recopiló toda información necesaria para
desarrollar la parte teórica.
Identificación del diseño de la investigación.
Se prosiguió por ordenar y estructurar dicha información para plantear los puntos
correspondientes.
Se realizó una evaluación de los datos suministrados por el tutor donde se logró
alcanzar datos relevantes para determinar el éxito del procedimiento de diseno
del paquete computacional.
Se proyectaron las conclusiones y recomendaciones respectivas.
Fases Desarrolladas en la Investigacion.
168
A continuacion se describen las actividades desarrolladas para cumplir con cada
uno de los objetivos planteados:
Tabla 12. Plan de Actividades para el desarrollo del Programa Computacional.
Objetivos de la Investigación Actividades desarrolladas
1.- Definir los parámetros necesarios para el diseño de un sistema de bombeo mecánico en pozos de petróleo.
.
1. Diagnostico las condiciones mínimas que debe reunir un pozo candidato para este diseño.
2. Identifico los parámetros de entrada y rangos, necesarios para el diseño.
3. Se selecciono el método a utilizar en el diseño de un sistema de bombeo mecánico en pozos de petróleo, de los existentes en el mercado.
2.-Establecer una metodología para el diseño de un sistema de bombeo mecánico que considere parámetros técnicos.
1. Se establecieron los pasos a seguir en el diseño, considerando Tamaño de Bomba. Combinación de bombeo, las sartas de cabillas entre otros.
2. Se identificaron los gráficos y ecuaciones a utilizar en el diseño.
3. Determinar los requerimientos
técnicos, económicos y operacionales necesarios para el desarrollo del programa.
1. Se definió la plataforma de trabajo y estructura del programa, bajo el cual se desarrollara la investigación (Lenguaje).
2. Análisis del Contenido, se estudia el tema a desarrollar, recopilando, examinando y clasificando la información (gráficos en digital, ecuaciones matemáticas, parámetros, entre otros).
3. Se estableció la factibilidad considerando varios aspectos, tales como: a. Económica, se lleva cabo un estudio de
los costos que conlleva la realización de la investigación, así como también beneficios, que traerá la implantación en cuanto a reducción de costos.
b. Técnica y operativa, se determina las posibilidades de aceptación de los posibles escenarios, asi como también la disponibilidad tecnológica necesaria.
4.- Proponer un flujograma para el
diseño de un sistema de bombeo
1. Estableció parámetros de entradas necesarias para el diseño.
2. Identifico un diagrama de flujo, donde
169
mecánico en pozos de petróleo.
se establezcan la secuencia lógica de los pasos a seguir para el diseño.
3. Describió de la metodología que comprende el desempeño de diferentes opciones en el programa computacional.
5.- Desarrollar el programa
computacional para la instalación
del levantamiento artificial bombeo
mecánico en pozos de petróleo.
1. Creación de archivos de videos, sonido, animación, texto, ecuaciones e imágenes.
2. Vinculación de los archivos con el lenguaje de la tutoría, se procede a integrar los archivos ya creados como textos, animación, sonido e imágenes.
3. Se identifico las diferentes ventanas de entrada dependiendo de los datos para el diseño de Bombeo Mecánico para pozos de Petróleo.
5.-Validar el programa con data real
de campo disponible. 1. Se practican pruebas al producto ya
finalizado, con el objeto de identificar fallas y corregirlas, para que el programa funcione a la perfección.
2. Se realizo la corrida del programa computacional con data real de campo disponible.
170
CAPITULO IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS
El presente capítulo constituye una etapa importante dentro del proceso
investigativo. Es aquí, donde el investigador muestra los datos obtenidos de la
aplicación de instrumentos de recolección y de poder contrastarlo con las teorías que
sustentan el estudio, logrando de esta manera, alcanzar el nivel de efectividad con
relación a los objetivos propuestos.
Esta investigación se inclino al diseno de un programa computacional para el
diseno de sistemas de bombeo mecanico en pozos de petróleo, con el fin de crear una
herramienta teórica-practica para estudiantes y profesionales del área de ingeniería de
petróleo. A continuación se detalla el análisis de los resultados obtenidos para dar
cumplimiento a los objetivos planteados en el Capítulo I.
A continuacion, se le da respuesta a cada uno de los objetivos planteados en la
investigacion.
Objetivo N°1. Definir los parámetros necesarios para el diseño de un sistema de
bombeo mecánico en pozos de petróleo.
Para desarrollar este objetivo, se llevo a cabo un diagnostico de las condiciones
minimas que debe cumplir un pozo candidato a bombeo mecanico convencional, asi
como tambien se identifico los parametros y rango datos necesarios para el diseno del
mismo. Seleccionando un metodo especifico como lo es metodo API 11RPL, ya que es
uno de los mas completos y versatiles a la hora de realizar un diseno de bombeo
mecanico.
El método es aplicable cuando se encuentran las siguientes condiciones:
Índice de Productividad 0.1 5.0 B/D/psi
Tasa de Producción 20 - 2000 B/D
Volumen de Gas 0.01 0.15 MMPCD
171
RGL 10 - 300 PC/Bl
A y S 0 - 100 %
Nivel de fluido 400 - 8000 pies
Gravedad 6 - 35 °API
Viscosidad 100 - 800000 cps
Profundidad 400 -8000 pies
Diámetro Revestidor 4 ½ - 9 5/8 pulg
Tasa de producción:
Es la cantidad de fluido producido por un pozo en función del tiempo y es medida
comúnmente en barriles por día (B/D). El petróleo y el agua constituyen la tasa de
producción total de líquido a ser producido y es punto clave en el diseño de bombeo
mecánico. Se determina por medio de medidas de tanques de almacenamiento,
separador o con medidor de desplazamiento positivo.
Medición por tanque:
El método consiste en determinar el incremento de volumen de fluido en el
tanque de almacenamiento durante el tiempo de medida. La tasa de producción se
obtiene por diferencia de niveles en dicho tanque, los valores de punto alto y bajo se
obtienen utilizando una cinta métrica con plomada en el extremo inferior para detectar
fondo del tanque o tope del nivel. Los cálculos se facilitan, porque generalmente estaos
depósitos tienen una relación equivalente 1Bls = 1cm.
Medición por separador:
Este permite la medición simultánea de crudo y gas mediante el uso de
separadores bifásicos horizontales o verticales, que utilizan deflectores internos para
producir turbulencia en el fluido producido, para su posterior medición de crudo/gas por
medio de controladores de nivel (GAP) y registradores de flujo (FR), respectivamente.
El principio de medición consiste en registrar el tiempo que tarda en subir el
líquido producido de un nivel mínimo a un máximo prefijado, estas variaciones son
172 controladas por los cambios de presión hidrostática entre los respectivos niveles.
Las etapas de llenado/descarga se representan gráficamente en función del
tiempo. Estos discos permiten calcular las tasas de flujo para el periodo de prueba. La
siguiente ecuación se utiliza para determinar la producción de líquido de un pozo:
Q = N x A x C x T x (1/GE)
Donde:
Q = Tasa de producción, B/D.
N = Numero de descargas en un tiempo T.
A = Amplitud/ancho de la descarga del separador registrado en el disco, en
pulgs en columna de agua.
C = Capacidad del separador, en Bls/pulg H2O (C=(TT/4)d^2).
d = Diámetro interno del separador, pulgs.
T = Factor tiempo para conectar la medida en barriles diarios, 24/t.
t = Tiempo de prueba o medida, hrs.
GE = Gravedad especifica del crudo a las condiciones de operación (presión
y temperatura).
Como puede observarse la medición se realiza netamente a través del
instrumento, por lo tanto, una buena calibración del mismo garantiza alto grado de
confiabilidad de sus medidas, porque el fact
compara con la medición de tanque.
Medición por contadores de flujo:
Este método de medición crudo/gas también es realizado por el separador,
consiste en hacer pasar el fluido a través de un contador de flujo de desplazamiento
positivo (PD Meter), el cual está provisto de un dispositivo interior que gira en la misma
dirección de dicho fluido. Este movimiento es registrado y convertido en unidades de
volumen, y los resultados son indicados numéricamente en pantallas fijas o tarjetas
impresas.
173
Índice de productividad.
Es la razón de la tasa de producción, en barriles por día, a la presión diferencial
(Pe Pf) en el punto medio del intervalo productor. Es el inverso a la pendiente de la
curva IPR, y esta definido como:
IP = Q / (Pe Pf)
Donde:
IP = Índice de productividad, B/D/Lpc
Q = Tasa de producción, B/D
Pe = Presión estática, Lpc.
Pf = Presión de fondo fluyente, Lpc.
El índice de productividad es una medida del potencial del pozo o de su
capacidad de producir fluidos. En algunos casos, generalmente los que producen bajo
empuje hidráulico, el índice de productividad permanece constante para una amplia
variación en tasa de flujo, en tal forma que esta directamente proporcional a la presión
diferencial (Pe Pf) de fondo. Mientras que en otros pozos, a altas tasas de flujo o de
yacimientos con empuje de gas en solución, la proporcionalidad no se mantiene y el
índice de productividad disminuye, la causa de esa declinación puede ser debido a uno
o varios factores tales como:
Efecto de turbulencia por el aumento de la tasa de flujo.
Disminución en la permeabilidad relativa del petróleo debido a la presencia de
gas libre resultante de la caída de presión en el pozo.
Aumento de la viscosidad del petróleo con la caída de presión por debajo del
punto de burbujeo.
Reducción de la permeabilidad debido a la comprensibilidad de la formación.
Los valores de IP son muy variados dependen de la característica de producción
de cada pozo:
174 IP < 0.5 B/D/Lpc Es BAJO.
B/D/Lpc Es INTERMEDIO.
IP > 1.5 B/D/Lpc Es ALTO.
Nivel del Fluido:
Es la profundidad donde se encuentra el contacto gas líquido de un pozo a una
presión determinada en la superficie y es medida desde el cabezal de producción,
determina el nivel de instalación de la bomba, la rentabilidad y eficiencia del sistema de
bombeo por cabillas.
Diferencial de presión.
Para que pueda existir flujo de fluidos de la formación hacia el pozo, es necesario
que la presión de formación o estática (Pe) sea mayor que la presión de fondo fluyente
(Pf). La diferencia entre estas es lo que se conoce como diferencial de presión
formación.pozo (Pe Pf).
Manejo de sólidos.
Los sólidos pueden generar efectos indeseables en la bomba, llegando al punto de
paralizar el movimiento del pistón en el barril y a su vez crear incrementos de esfuerzos
en cabillas y en la unidad de bombeo. Esto es debido a que la bomba de subsuelo es
un conjunto de componentes metálicos en movimiento con un ajuste específico.
Bombas de Subsuelo
Es una bomba de pistón de desplazamiento positivo, desde su profundidad de
instalación hasta la superficie, que funciona por diferenciales de presión, mediante
bolas y asientos, para permitir la entrada y sello de fluidos en ciclos periódicos
sincronizados. Son colocadas a profundidades que oscilan entre 200 y 7000 pies, es el
175 primer elemento a seleccionar ya que de acuerdo al tipo, tamaño y ubicación, se
dimensiona el resto de los componentes del sistema
Pistones
Es el embolo de la bomba su diámetro determina la capacidad de desplazamiento
de la bomba, la longitud del pistón varia dependiendo de la viscosidad del fluido,
diámetro del pistón y el espacio entre el pistón y el barril
Cabillas
Básicamente las cabillas son un elemento muy importante, ya que transmiten la
energía desde la superficie hasta el fondo del pozo, estas se clasifican principalmente
en dos grupos, Las cabillas API y las Cabillas No API (que no cumplen con las
especificaciones establecidas por la API)
Se selecciono el desarrollo del Método API RP-11L, el cual en 1954, en un intento
de desarrollar métodos más precisos, un grupo de productores y fabricantes comisiona
comportamiento de los sistemas de bombeo mecánico. La API publicó el resultado de
RP-11L se ha convertido en el método de diseño más popular, sin embargo, el método
tiene muchas limitaciones debido a las suposiciones realizadas cuando fue
desarrollado.
Consideraciones
Este método se basó en el uso de un computador para simular las condiciones de
bombeo para luego generar cartas dinagráficas de fondo y de superficie. Estas
simulaciones se hicieron bajo las siguientes consideraciones:
Llenado completo de la bomba de subsuelo (sin interferencia de gas o golpe
de fluido).
176
Cabillas de acero con diseño API.
Unidades de bombeo de geometría convencional.
Poco deslizamiento del motor.
Unidad perfectamente balanceada.
No debe existir grandes efectos de fricción o aceleración del fluido.
No hay efectos por aceleración del fluido.
Tubería de producción anclada.
Profundidades mayores a 2000 pies.
El API RP11L fue desarrollado con un computador análogo asumiendo una
unidad
convencional. Modificaciones usando valores empíricos corrigen el API RP11L para
unidades Mark II, Balanceadas por aire y de geometría mejorada tales como las Baker
Torqmaster, Reverse Mark II de Lufkin, y las American Producer II. Sin embargo, su
precisión es cuestionable. No existen correcciones para otras geometrías de unidades
de bombeo tales como unidades hidráulicas, unidades mecánicas de carreras largas
(Rotaflex), etc. Tampoco aplica para cabillas de fibra de vidrio, ni para sistemas con
golpe de fluido o interferencia por gas. También, debido a que solo calcula el efecto de
contrabalance para condiciones de balance, no puede usarse para estimar el efecto de
una unidad fuera de balance en las cargas de la caja de engranaje.
Para evitar las limitaciones del API RP 11L y otros métodos simplificados,
modernas técnicas de diseño utilizan modelos de computación exactos del sistema de
bombeo por cabillas. Estos modelos pueden simular el comportamiento del sistema de
bombeo y puede pronosticar su comportamiento con exactitud. Esto lo hacen usando la
ecuación de onda para simular el comportamiento de la sarta de cabillas. También usan
modelos matemáticos de unidades de bombeo que pueden simular cualquier geometría
de unidad.
Objetivo 2. Establecer una metodología para el diseño de un sistema de bombeo
mecánico que considere parámetros técnicos.
177
La metodología de campo que considera todos los requerimientos técnicos para el
diseño del bombeo mecánico convencional, tales como tamaño de Bomba.
Combinación de bombeo, las sartas de cabillas entre otros y se identificaron los gráficos
y ecuaciones a utilizar en el diseño, se observan en el Capítulo II de la presente
investigación.
Lo cual en este orden de ideas, el programa computarizado , para su desarrollo se
siguió la metodología propuesta por Logreira y Martínez, la cual es un eclecticismo
entre los modelos de Castro y Blum, que consta de ocho fases principales: planeación,
análisis, diseño educativo, diseño interactivo, producción, pruebas, documentación y
edición.
A continuación, se describe el desarrollo de cada fase:
Fase I. Planeación
Esta fase se inició con la aplicación de un cuestionario a los estudiantes cursantes
del Produccion de Hidrocarburos, con el propósito de detectar las dificultades que
presentan en el aprendizaje significativo del contenido facilitado en la Unidad Curricular,
para posteriormente interpretar los resultados, y determinar los aspectos a desarrollar
en el programa computacional.
Esta tarea permitió detectar cuáles son las necesidades de los potenciales
usuarios, y ofrecer mejoras al proceso de realización de cada uno de los pasos para el
diseño de bombeo mecánico, ya que se requiere la utilizar diferentes ecuaciones y
gráficos relacionados al diseño, para lograr un aprendizaje significativo, apoyados en el
uso del computador. Para alcanzar esta meta, se plantearon los siguientes objetivos:
Fomentar en los participantes de Producción de Hidrocarburos el aprendizaje
significativo, a través de la relación de contenidos y experiencias comunes que puedan
despertar curiosidad o interés en ellos.
178
Promover en los estudiantes la construcción de su propio conocimiento,
mediante el uso de un programa computacional que incluya los diferentes datos de
campos requeridos para el diseño y que el alumno realice a su propio ritmo y
disponibilidad de tiempo.
Una vez establecido el propósito del programa computacional, fue necesario
conformar un equipo de trabajo, integrado por un ingeniero en computación, un
diseñador gráfico, un especialista en pedagogía y el autor de la investigación
(especialista en contenido), quienes posteriormente elaboraron un plan de actividades
de acuerdo con la metodología de diseño seleccionada, fijando la secuencia de tareas y
estableciendo los tiempos aproximados de ejecución de cada una de ellas.
En el siguiente cuadro, se muestra la planificación de actividades cumplidas en las
etapas de desarrollo del Programa Computacional.
Cuadro 12. Plan de actividades para el desarrollo del Programa Computacional
ACTIVIDAD DURACIÓN (DÍAS)
FASE I. PLANEACIÓN A Conformación del equipo de trabajo 5
B Elaboración del plan de actividades 5
FASE II. ANÁLISIS
C Análisis del auditorio 10
D Análisis del ambiente 10
E Análisis del contenido 15
F Estudio de factibilidad económica, técnica, operativa. 30
FASE III. DISEÑO EDUCATIVO
G Elaboración de objetivos 5
H Diseño del contenido 20
I Aplicación de técnicas de aprendizaje 15
179 J Elaboración del plan instruccional 15
FASE IV. DISEÑO INTERACTIVO K Establecimiento de requerimientos funcionales 15
L Diseño de interfases 25
M Diseño de mapas de navegación 25
N Elaboración de guiones de producción 30
FASE V. PRODUCCIÓN
O Creación de archivos de video, sonido, animación, texto e
imágenes 30
P Vinculación de los archivos con el lenguaje de autoría 30
FASE VI. PRUEBAS Q Realización de pruebas alfa y beta 15
FASE VII. EDICIÓN T Grabación de CD master y copias 8
Fuente: Rodríguez (2012)
Fase II. Análisis
Previo al diseño e implementación del programa computacional para el diseno de
sistema de bombeo mecanico, se llevó a cabo un estudio de las características del
usuario, contenido a presentar en el software; también se definió la plataforma de
trabajo (estructura hardware y software) y se determinó la factibilidad de realización del
programa computacional, desde el punto de vista económico, técnico y operacional. A
continuación se describen cada una de estas subfases:
Auditorio
El programa computacional está dirigido a los estudiantes del Programa de
Ingeniería del Núcleo LUZ Costa Oriental del Lago, con edades comprendidas entre 19
y 22 años, cursantes de Unidad Curricular Produccion de los Hidrocarburos; sin
embargo, por las características del mismo, puede ser usado por cualquier estudiante o
persona que desee obtener información sobre su contenido, pues el programa se
desarrolla bajo un ambiente amigable, atractivo y motivador.
180 Ambiente
El programa computacional está diseñado para funcionar bajo el sistema operativo
Windows XP Profesional, en ambientes de computadoras personales CD-ROM. Se
desarrolló bajo el lenguaje de Visual Basic, por ser una herramienta con capacidades
interactivas y multimedia, que permite generar ejecutables que incorporan todo tipo de
archivos multimedia como: texto, imagen, sonido, videos y animaciones.
Contenido
En esta subfase se recopiló y examinó la información a presentar programa
computacional, organizándola secuencialmente en función de los objetivos propuestos
en cada uno de los módulos que contiene el programa. En este sentido, se seleccionó
todos los datos requeridos y tablas para realizar el diseno de bombeo mecanico, bajo el
Diseno API RP11L, adicionalmente se puede calcalcular el indice de productividad con
las correlaciones de darcy y vogel y dar como resultados graficas de oferta y demanda
del pozo en estudio.
Factibilidad
El diseño del programa computacional se sustenta en un estudio de viabilidad que
se realizó tomando en consideración aspectos, económicos, técnicos y operativos
Con relación a la factibilidad económica, para el diseño programa computacional
se realizó un estudio de análisis costo-beneficio, el cual permitió identificar y medir los
costos de desarrollo y operación, además de los beneficios que obtiene el usuario.
181
En este sentido, las características de los equipos utilizados en el desarrollo y
producción del programa computacional son:
Hardware
Dos (2) computadores con monitor a color (al menos de 14 pulgadas),
Procesador Pentium IV, con velocidad de procesamiento de 2.6 Ghz, 1024 Mb de
memoria RAM y 128 Mb de video, unidad lectura/escritura de CD de 8x12x32x, kit
multimedia completo. Es de señalar, que uno de los computadores se utilizó para el
diseño gráfico y el otro en la producción del producto.
Periféricos para digitalizar videos (a color, 30 cuadros por segundo), audio
(estéreo, a 11 Khz de frecuencia de muestreo) e imágenes estáticas y animadas (a
color, resolución de 300 dpi).
Nota: Se estimó 300 Mb para almacenar y editar la información en disco duro.
Software
Sistema operativo para administrar los recursos: Windows XP professional.
Programas para retocar información digitalizada y crear ilustraciones:
Macromedia Freehand 10.0. y Adobe Photoshop 7.0
Programa para desarrollar animaciones: Macromedia Fash MX
Programa de autoría que permita integrar textos, imágenes, videos y sonido en
una aplicación: Macromedia Authorware 6.5 Attain
Por otra parte, para ejecutar el software se requiere de:
Un (1) computador Pentium III o superior, con monitor a color de al menos
catorce pulgadas.
Procesador de 64 bits, velocidad de procesamiento de 2.6 Ghz, 1020 Mb de
memoria RAM, 128 Mb de Video.
Unidad de lectura de CD de 52x, kit multimedia completo.
Para el desarrollo del programa computacional , el investigador cuenta con un
procesador con las características antes descritas y para la corrida del programa
computacional, la institución dispone con áreas dotadas para la aplicación del mismo,
182 por lo que no se requiere realizar una inversión en la adquisición de equipos para el
diseño y producción del software, por lo que se garantiza la viabilidad del producto en el
aspecto económico.
En lo referido a la viabilidad operativa, el proyecto es factible por que se cuenta
con un equipo de trabajo (descrito en la fase de planeación) dirigido por el investigador
y técnicamente el Programa de Ingeniería del Núcleo LUZ Costa Oriental del Lago
dispone de una sala de computación con la plataforma tecnológica necesaria para su
implantación.
Fase III. Diseño educativo
Con la finalidad de lograr el propósito del programa computacional, el cual se
estructuró de la siguiente forma:
Estrategias instruccionales
Las estrategias empleadas en el software educativo influyen en el
procesamiento, almacenamiento, recuperación y aplicación de conocimientos y
destrezas en un sentido amplio. Concretamente, ejercen influencia sobre la atención, el
registro de estímulos, las funciones de la memoria activa (memoria de trabajo) y la
memoria permanente.
En este sentido, las estrategias seleccionadas son las de procesamiento, ya que
permiten al usuario, un proceso de captación e ingreso de nueva información, destrezas
mentales y un exitoso almacenamiento en la memoria permanente. Para ello, se
aplicaron los eventos de Gagné (citado por Galvis, 2000), tal como se describen a
continuación:
La aplicación se inicia con la presentación de una animación, que contiene
elementos relacionados con el área de estudio, todo ello para promover el interés y
motivación del usuario. Posteriormente, se le informa al usuario el propósito del
software y se le invita a conocer su contenido.
183
El evento sucesivo es la aprehensión, la cual se logra con la incorporación de
imágenes e iconos que sirven de botones para acceder al contenido en forma
independiente, incorporados tanto en el menú principal, como en los submenús de cada
módulo contentivo en el programa computacional, lo que facilita al usuario en la
construcción de su aprendizaje.
Con relación al evento adquisición, se suministra al usuario, esquemas de
codificación; para ello, la información en los módulos se presenta en forma sencilla y
estructurada, haciendo uso de: imágenes, cuadros de textos, videos e hipertextos, que
permite una mejor comprensión de los contenidos.
El aprendizaje en este programa computacional, satisface una serie de
condiciones: que el alumno sea capaz de relacionar, de manera no arbitraria y
sustancial, la nueva información con los conocimientos, experiencias previas que posee
en su estructura de conocimientos y que tiene la disposición de aprender
significativamente, ya que los materiales y contenidos de aprendizaje tienen significado
lógico, logrado por medio de las claves que se le proporcionan en el programa que
activan el recuerdo.
Por otro lado, por medio de los organizadores de ideas y eventos presentados en
el programa computacional se promueve la generalización, la cual es una estrategia
destinada a crear y potenciar enlaces adecuados entre los conocimientos previos y la
nueva información, asegurando mayor significatividad de los aprendizajes.
Finalmente, para comprobar si el proceso de aprendizaje se cumplió, en el evento
realización se exponen actividades autorreguladoras, con las cuales el usuario trabaja
en forma reflexiva comprobando su conocimiento y desempeño. En este sentido, la
intervención del usuario en el desarrollo de estas actividades, es retroalimentada, es
decir, se le informa de su actuación en forma inmediata, a través de mensajes positivos
emitidos por el programa, aún cuando sus respuestas a las actividades no sean las
adecuadas, sugiriéndole que revise el contenido.
184 Recursos instruccionales
Para lograr la armonía entre los elementos que integran el programa
computacional, la función educativa que se desea alcanzar y el impacto en el usuario,
se utilizaron animaciones, imágenes, símbolos, textos, hipertextos y sonidos, éstos
despiertan la atención del usuario hacia los aspectos más relevantes.
Fase IV. Diseño interactivo
En esta fase de la metodología, se estableció el diseño de la interfaz de
navegación, el cual se realizó de acuerdo con las sugerencias realizadas por los
expertos en el área de informática educativa.
Inicialmente, se integró el contenido conforme a los propósitos del software y
luego, se diseñaron los aspectos algorítmicos y estructurales que definen la estructura
compuesta de navegación del programa. El primero suministra una ventana donde
solicita usuario y contrasena , luego de introducida la misma, sale una ventana donde el
usuario introduce información específica sobre el manejo del programa computacional,
el siguiente acceso a los datos del autor del programa y el de salida a Windows para
abandonar el programa computacional.
Objetivo 3. Determinar los requerimientos técnicos, económicos y operacionales
necesarios para el desarrollo del programa.
Se definió la plataforma de trabajo y estructura del programa, bajo el cual se
desarrollara la investigación (Lenguaje). Donde el Lenguaje seleccionado fue Visual
Basic. Debido a que es un lenguaje de programación dirigido por eventos, desarrollado
por Alan Cooper para Microsoft. Este lenguaje de programación es un dialecto de
BASIC, con importantes agregados, es de fácil manejo y compatible con Windows, por
el cual puede ser manejado el programa computacional con facilidad por estudiantes y
docentes del área de petróleo.
185
Su primera versión fue presentada en 1991, con la intención de simplificar la
programación utilizando un ambiente de desarrollo completamente gráfico que facilitara
la creación de interfaces gráficas y, en cierta medida, también la programación misma.
La última versión fue la 6, liberada en 1998, para la que Microsoft extendió el
soporte hasta marzo de 2008. En 2001 Microsoft propuso abandonar el desarrollo
basado en la API Win32 y pasar a un framework o marco común de librerías,
independiente de la versión del sistema operativo, .NET Framework, a través de Visual
Basic .NET (y otros lenguajes como C Sharp (C#) de fácil transición de código entre
ellos); fue el sucesor de Visual Basic 6.
Aunque Visual Basic es de propósito general, también provee facilidades para
el desarrollo de aplicaciones de bases de datos usando Data Access Objects, Remote
Data Objects, o ActiveX Data Objects. Visual Basic (Visual Studio) contiene un entorno
de desarrollo integrado o IDE que integra un editor de textos para edición del código
fuente, un depurador, un compilador (y enlazador) y un editor de interfaces gráficas o
GUI.
Ventajas
Posee una curva de aprendizaje muy rápida.
Integra el diseño e implementación de formularios de Windows.
Permite usar con facilidad la plataforma de los sistemas Windows, dado que
tiene acceso prácticamente total a la API de Windows, incluidas librerías
actuales.
Es uno de los lenguajes de uso más extendido, por lo que resulta fácil encontrar
información, documentación y fuentes para los proyectos.
Fácilmente extensible mediante librerías DLL y componentes ActiveX de otros
lenguajes.
Posibilita añadir soporte para ejecución de scripts, VBScript o JScript, en las
aplicaciones mediante Microsoft Script Control.
Tiene acceso a la API multimedia de DirectX (versiones 7 y 8). También está
disponible, de forma no oficial, un componente para trabajar con OpenGL 1.1.7
186
Existe una versión, VBA, integrada en las aplicaciones de Microsoft Office, tanto
Windows como Mac, que permite programar macros para extender y automatizar
funcionalidades en documentos, hojas de cálculo, bases de datos (access).
Si bien permite desarrollar grandes y complejas aplicaciones, también provee un
entorno adecuado para realizar pequeños prototipos rápidos.
Análisis del Contenido, se estudia el tema a desarrollar, recopilando, examinando
y clasificando la información (gráficos en digital, ecuaciones matemáticas, parámetros,
entre otros). Fundamentalmente se recopilo todo el material necesario, sobre el diseno
de bombeo mecanico, se reviso los diferentes metodos en el mercado, se selecciono el
mas adecuado y eficiente, para revisar su metodo de aplicación y disenar el digrama de
flujo para el desarrollo del paquete computacional.
Se establecio la factibilidad considerando varios aspectos, tales como:
c. Económica, se lleva cabo un estudio de los costos que conlleva la realización
de la investigación, así como también beneficios, que traerá la implantación en
cuanto a reducción de costos.
d. Técnica y operativa, se determina las posibilidades de aceptación de los
posibles escenarios, asi como también la disponibilidad tecnológica necesaria.
Donde la viabilidad de la presente investigación se llevo a cabo en la Universidad
del Zulia y para ello se hará uso de diversas fuentes bibliográficas disponibles material
e información disponible (impresa y digital) a utilizar, esta será concisa y registrada de
una forma clara y organizada, permitiendo la utilización óptima de los recursos de
manera de obtener lo necesario para este tipo de investigación.
Algunos costos en la elaboración de esta investigación eventualmente serian
sufragados por el investigador: computador, Internet, transporte, papelería,
impresiones, entre otros.
El soporte metodológico del proyecto estará supervisado por profesores de la
universidad del Zulia.Por otra parte la bibliografía necesaria para el desarrollo de este
proyecto será en su mayor parte provista por la Biblioteca de Postgrado de Ingeniería
187 de La Universidad del Zulia y una pequeña parte del presupuesto del investigador por
compra de artículos por internet o tiempo de computador en descarga de artículos,
revistas, resúmenes, entre otros.
Objetivo 4. Proponer un flujograma para el diseño de un sistema de bombeo mecánico
en pozos de petróleo.
Es importante considerar, que para el desarrollo de este objetivo, se
establecieron los parámetros de entradas necesarias para el diseño, se identifico el
diagrama de flujo que se presenta a continuacion, donde se establece la secuencia
lógica de los pasos a seguir para el diseño en el programa computacional.
Figura 36. Diseño de mapa de navegación principal Fuente: Rodriguez (2012)
Objetivo 5. Desarrollar el programa computacional para la instalación del levantamiento
artificial bombeo mecánico en pozos de petróleo.
PRESENTACION
Menu Principal
Datos de Usuario. Usuario
Contrasena
1
Nivel Dinamico de Liquido
Prof de Asentamiento de Bomba
Valores PVT
Seleccionar Unidad de Bombeo
Datos de Sarta de
Datos Salida
Graficas Obtener PA
y DP
Aceptar
A B
C D
E
F 1 1
PRESENTACION
Menu Principal
Datos de Usuario. Usuario
Contrasena
188
Para iniciar se vincula los archivos con el lenguaje de la tutoría, se procede a
integrar los archivos ya creados como textos, animación, sonido e imágenes.Se
identifican las diferentes ventanas de entrada dependiendo de los datos para el diseño
de Bombeo Mecánico para pozos de Petróleo. Asi como tambien, se describio la
metodología que comprende el desempeño de diferentes opciones en el programa
computacional. Creación de archivos de videos, sonido, animación, texto, ecuaciones e
imágenes.
En los guiones de producción para las pantallas principales de presentación y en
los de las fases de los módulos se conjugan diferentes medios como texto, hipertexto,
sonido, imágenes fijas e hipervínculadas y animaciones, todos ellos balanceados de
manera que contribuyan a mejorar el aprendizaje del usuario.
Figura 37. Guión de producción pantalla menú principal Fuente: Rodriguez (2012)
189
Figura 38. Guión de producción pantalla menú principal, con clave de usuario y contraseña para acceso al programa computacional. Fuente: Rodríguez (2012)
Figura 39. Guión de producción pantalla de menú del módulo de datos.Fuente:Rodriguez (2012)
190
Figura 40. Guión de producción pantalla de menú del módulo de figuras y tablas relacionadas con el diseno de bombeo mecanico.Fuente:Rodriguez (2012)
del usuario, reflejando el estado y contenido del programa, es necesario integrar
aplicaciones apropiadas para ello como graficadores, animadores y diseñadores
gráficos, entre otros.
Objetivo 6. Validar el programa con data real de campo disponible.
Para ejecutar este objetivo, se practico pruebas al producto ya finalizado, con el
objeto de identificar fallas y corregirlas, para que el programa funcione a la perfección.
Por ultimo, se realizo la corrida del programa computacional con data real de campo
disponible.
191
Figura 11. Guión de producción pantalla de menú datos principales del diseño de bombeo mecanico.Fuente:Rodriguez (2012)
Figura 42. Guión de producción pantalla de menú datos de seleccionar unidad de bombeo.Fuente:Rodriguez (2012)
Figura 43. Guión de producción pantalla de menú datos análisis pvt para el diseño
de bombeo mecanico.Fuente:Rodriguez (2012)
192
Figura 42. Guión de producción pantalla de menú datos piston de la bomba. Fuente:Rodriguez (2012)
Las pruebas realizadas en esta fase fueron las siguientes: (a) prueba alfa y (b)
prueba beta.
Con relación a la primera, se seleccionó un grupo de expertos (en contenido,
metodología e informática) quienes revisaron el material educativo y dieron sus
apreciaciones al grupo de trabajo, en cuanto a modificaciones al producto hasta la
etapa de desarrollo, pues el mismo no será implementado a esta fecha.
Para esto se utilizaron instrumentos ya validados, sugeridos por Galvis (2000), los
cuales son: a) valoración de software educativo por experto en contenido, b) valoración
de software educativo por experto en metodología, c) valoración de software educativo
por experto en informática (anexos D,E y F).
Las opiniones, sobre el material educativo, analizadas por el grupo de trabajo, se
sintetizan a continuación:
193
El experto en contenido evaluó los siguientes aspectos: (a) objetivos que persigue,
(b) contenido que incluye, (c) desarrollo del contenido, (d) ejemplos que ofrece,
(e) ejercicios que propone y (f) retroalimentación que provee. Ante los aspectos
mencionados, se llegó a la conclusión que el material satisface los requerimientos
establecidos.
De igual manera, el experto en metodología evaluó los siguientes aspectos:
(a) objetivos que persigue, (b) sistema de motivación, (c) sistema de refuerzo,
(d) actividad del usuario, (e) metodología utilizada, (f) reorientación a actividad usuario,
(g) ayudas que ofrece, (h) interfaz de usuario. El experto opinó que el material provee
los elementos necesarios para lograr un aprendizaje significativo.
Por último, el experto en informática opinó sobre los siguientes aspectos: (a)
funciones de apoyo a los usuarios, (b) estructura lógica del material, (c) interfaz entre
usuario y programa, (d) requerimientos del paquete, (e) mantenimiento del paquete,
(f) documentación del paquete. Según la opinión de este experto, los aspectos
mencionados se cumplen a cabalidad.
La segunda prueba realizada fue la prueba beta: esta es la valoración operacional
del material, aún cuando no se va a implementar, con ella se buscó determinar errores
con relación a la conducta de entrada o con el análisis estructural de instrucción, así
también detectar fallas en la comunicación textual, grafica, sonora, así como en la
presentación del material.
La prueba fue ejecutada en presencia del desarrollador del producto con usuarios
potenciales quienes interactuaron con el programa.
Para ello se empleo el instrumento sugerido por Galvis (2000) denominado
encuesta final prueba de material educativo computarizado (anexo G). Se tomó nota
de los comentarios y actuaciones de los usuarios al utilizar el material, se determinaron
los problemas. Una vez que se sometieron a la prueba varios participantes, se hicieron
los ajustes pertinentes y se ensayó la corrección con los mismos.
194
En forma general, los usuarios coincidieron que el sistema de control, dado por el
programa a los usuarios es bueno. Con relación a las instrucciones de uso y ayudas
operativas también opinaron eran apropiadas, claras, completas y, sobre todo,
oportunas.
Por otro lado, la forma como se llega al contenido es clara, concisa y bien
dosificada, por lo que el programa es significativo; los ejemplos son precisos, los
mensajes amigables, la interfaz es agradable y consistente.
Edición
En esta etapa, se produce una revisión global del sistema, que conduzca a la
distribución, se graba CD master con sus copias, que sirven de complemento.
195
CONCLUSIONES
El análisis y discusión de los resultados evidencian, la necesidad de implementar
de estrategias de aprendizaje innovadoras apoyadas en el uso de nuevas
tecnologías, diseñadas según las características y requerimientos de los
participantes.
Con relación a ello, realizar el programa computacional el cual tiene como tarea
principal el diseño en una forma optima de sistemas de bombeo mecánico
convencional y facilitar la toma de decisiones, debido a su alto grado de certeza. Por
lo tanto se disminuye el tiempo de análisis y costo de operación, este producto,
analiza de forma detallada, todos los requerimientos y cálculo matemático para el
diseño.
Para la implementación de un sistema de levantamiento artificial en un
yacimiento, esta Herramienta es una excelente alternativa de orientación, ya que
permite conocer de forma fácil y rápida, no solo, la metodología del diseño de
bombeo mecánico, sino los resultados del mismo.
El producto de la investigación, el análisis y la reflexión crítica realizada en para
la ejecución del un buen diseño de bombeo mecánico, es una herramienta
relevantes tanto para estudiantes como docentes de unidad curricular producción de
hidrocarburos, ya que podrán realizar el diseño en una forma rápida, precisa y con
un grado de incertidumbre bajo.
Diseño de Equipos de Bombeo Mecánico, es un procedimiento analítico mediante
cálculos, gráficos y/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.
Se desarrollo una herramienta que simula la IPR y esta no es más que una
representación grafica de la capacidad que tiene un yacimiento de aportar fluidos
196
hacia un pozo en particular en un momento dado de su vida productiva, siendo
normal que dicha capacidad disminuya a lo largo del tiempo. Las curva de oferta y
demanda son importantes ya que la intersección entre ellas nos da el punto optimo
de operación, permitiéndonos obtener mediante la información brindada el caudal,
según el caso requerido para ser llevado a superficie.
La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional del
primer mover al movimiento ascendente descendente de la barra pulida. Una unidad
de bombeo apropiadamente diseñada tiene el tamaño exacto de caja de engranaje y
estructura. También tiene suficiente capacidad de carrera para producir el fluido que
deseas.
Para maximizar la eficiencia del sistema necesitas entender las ventajas y las
desventajas de las diferentes geometrías de las unidades de bombeo para las
condiciones de los pozos. Esto puede hacerse simulando el sistema de bombeo con
un moderno programa de diseño como el paquete computacional desarrollado en
esta investigación, que puede diseñar asertivamente modelar la geometría de la
unidad de bombeo. Este programa diseña el sistema de bombeo mecánico
convencional en pozos de petróleo, el mismo puede predecirse la producción,
cargas, tensión, torque y consumo de energía para unidades de bombeo mecánico.
De igual manera, lo resultados revelaron que parcialmente logran discriminar los
contenidos manejados en la unidad curricular Producción de Hidrocarburos, al
consultar algunas veces la guía u otro material del facilitado por el profesor antes de
asistir a las clases , convirtiéndose en un ente pasivo en su proceso de aprendizaje,
al no diferenciar información confiable, que les permita seleccionar y adecuar una
nueva información que pueda servirle de puente entre lo que conoce y lo que debe
aprender.
Las nuevas estrategias de aprendizaje se encuentran enmarcadas en generar
productos que ayuden al estudiante a realizar un aprendizaje significativo, como los
programas computacional, como un recurso motivador, interactivo, para el diseño y
así mismo realizarlo de una manera rapida y precisa, aprovechando de esta manera
las ventajas que ofrecen las nuevas tecnologías en el proceso de aprendizaje.
197
RECOMENDACIONES
Dentro de los sistemas artificiales de producción se encuentra el bombeo
mecánico, razón por la cual es recomendable tener conocimientos básicos referentes al
tema y por consiguiente, tener en consideración una base de estudios específicos.
Generar el diseño de Programa Computacional en otros sistemas artificiales, le
sirvan de soporte académico a los diferentes profesores del Área de Petrolera así como
también sus estudiantes.
Diseñar una guía o estudio referentes a los diferentes avances tecnológicos
existentes en el mercado petrolero, referente al diseño de sistema de bombeo
mecánico.
Fortalecer aún más las bases de los estudiantes tanto a nivel de diseño de
programas computacionales sino en la parte técnica petrolera.
Aplicar este programa computacional por los diferentes docentes universitarios
que dictan la Unidad Curricular Producción de Hidrocarburos, para generar un
aprendizaje significativo en los educandos.
198
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Acosta, María. - División de Postgrado de Ingeniería.
Arias, F. (1999). El proyecto de investigación. Guía para su elaboración. Editorial
Episteme, 3era Edición, Caracas, Venezuela.
Ausubel y otros (1997). Psicología Educativa. Un punto de vista cognoscitivo. Editorial
Trillas, 10ma reimpresión, México.
Barrios S; Adriana B .(2006).
Díaz , Héctor Facultad de Ingeniería, UNAM, México.
Enciclopedia virtual informática. Información en línea Consulta, mayo 2010
Galvis, A. (2000). Ingeniería de software educativo. Ediciones Uniandes, 2da
reimpresión, Bogotá, Colombia
Galvis, A. (1998). Software educativo aspectos críticos en su concepción y desarrollo.
Ediciones Uniandes, Bogotá, Colombia.
Hurtado, Y. (2000). Metodología de la investigación holística. Editorial Sypal, 3era
Edición, Caracas, Venezuela
Richard, Castellano ico con Balancín como
Universidad del Zulia.
Salazar, Abraham (2001). CIED PDVSA. Diseño de Instalaciones de Levantamiento
Artificial por Bombeo Mecánico.
199 Sánchez, J. (2002). Fundamentos teóricos del software educativo. Proyecto Enlaces.
Universidad de Chile. Centro Zonal Universitario de Chile, Santiago de Chile
Partidas, H (2002). CIED PDVSA. Diseño de Bombeo Mecánico.
200
INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN (ANEXO A)
201
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE BOMBEO MECÁNICO EN POZOS DE PETRÓLEO
(Instrumento de recolección de información)
Autor: Prof.Andreina Rodríguez
202
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Estimado Estudiante:
A continuación te presento un instrumento, que permitirá recabar información necesaria,
para la ejecución de la investigación denominada: PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE BOMBEO MECÁNICO EN POZOS DE PETRÓLEO. Tu aporte contribuirá a fundamentar el contenido del software, como parte
del problema que se plantea en el estudio.
Solicito tu valiosa colaboración en responder la totalidad de los ítems, cuyos resultados
de la tabulación de preguntas, se efectuará de forma global, sin identificar persona
alguna, garantizándose de esta manera la mayor confiabilidad de la información
suministrada, la cual contribuirá en parte, a resolver el problema que se pretende
solventar.
Agradeciéndote la contribución que puedas aportar a este estudio.
Atentamente
Prof. Andreina Rodríguez. C.I.: 12.713.449
203
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Indicaciones:
1. Lee detenidamente la totalidad de los ítems.
2. Cada ítem consta de tres (03) alternativas de respuestas.
3.
solo una (01) de ellas.
4. Trata de contestar en forma veraz y sincera
5. Responde todos los ítems
204
1. ¿La fundamentación teórica de la Unidad Curricular Producción de
Hidrocarburos, está relacionada con el Tema de la Investigación?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
2. ¿En el Tema de Estudio de Bombeo Mecánico, el contenido se presenta
estructurado desde lo más simple a lo más complejo?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
3. ¿En el diseño del Bombeo Mecánico convencional, explica paso a paso
como realizar el mismo?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
4. ¿Relacionas el contenido de la unidad curricular Producción de
Hidrocarburos en la comprensión de los fenómenos demostrados en el diseño?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
205
5. ¿Crees que las experiencias mostradas en el programa computacional, se
parecen a algún fenómeno observado en el campo?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
6. ¿Se te dificulta la comprensión de los pasos a seguir observados en el
diseño ?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
7. ¿Logras determinar las ecuaciones matemáticas, que representan los
fenómenos para un buen diseño de bombeo mecánico convencional?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
8. ¿Comprendes las ecuaciones matemáticas representan los fenómenos
para un buen diseño de bombeo mecánico convencional?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
206
9. ¿Consultas los aspectos técnicos antes de desarrollar un diseño de
bombeo mecánico convencional? (X
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
10. ¿Necesitas ayuda para identificar los diferentes métodos de diseño de
bombeo mecánico?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
11. ¿Tomas iniciativa para establecer una metodología para el diseño de un
sistema de bombeo mecánico que considere parámetros técnicos?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
12. ¿Complementas el contenido de la teorías, con información adicional a la
facilitada por el profesor?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
207
13. ¿Participas en la realización de diseño de bombeo mecánico
convencional?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
14. ¿Aceptas los resultados obtenidos de las experiencias realizadas en
clases de talleres dirigidos de ejercicios prácticos?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
15. ¿Te gustaría comparar los resultados de ejercicios prácticos con un
programa computarizado en el diseño de bombeo mecánico convencional?
(X) Sí
(X) No
(X) Algunas veces
208
INSTRUMENTO PARA VALIDACIÓN DE INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN. JUICIO DE EXPERTOS
(ANEXO B)
209
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
INSTRUMENTO DE VALIDACIÓN JUICIOS DE EXPERTOS
Autor: Prof.Andreina Rodríguez.
210
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Ciudadano (a):
Presente.
Me dirijo a usted, con la finalidad de solicitar sirva de evaluador en la revisión del instrumento que se anexa, con el fin de determinar la validez del mismo, como elemento esencial de la investigación titulada: PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE BOMBEO MECÁNICO EN POZOS DE PETRÓLEO
El cuestionario será aplicado a los estudiantes del ciclo profesional del Programa de Ingeniería del Núcleo LUZ Costa Oriental del Lago, cursantes la Unidad Curricular Producción de Hidrocarburos. El instrumento está compuesto por quince (15) ítems, con tres (03) opciones de respuesta según la escala Lickert y en el mismo se busca identificar en los estudiantes las dificultades en cuanto al aprendizaje significativo del contenido programático de la Unidad Curricular específicamente en el diseño de bombeo mecánico convencional.
Agradecido de su valiosa colaboración en la validación del contenido del instrumento de medición en lo referente a la pertinencia con el objetivo general, dimensión, indicadores, tipos de preguntas y redacción, así como también cualquier otra observación que Usted esté dispuesto a proponer.
Atentamente,
Prof. Andreina Rodríguez C.I. 12.713.449.
211
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
VALIDACIÓN DEL INSTRUMENTO
Datos de la investigación
Título
PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE BOMBEO MECÁNICO EN POZOS DE PETRÓLEO Objetivos de la Investigación.
Objetivo General.
Desarrollar un programa computacional para el diseño de un sistema de bombeo
mecánico en pozos de petróleo.
Objetivos específicos.
Definir los parámetros necesarios para el diseño de un sistema de bombeo
mecánico en pozos de petróleo.
Establecer una metodología para el diseño de un sistema de bombeo mecánico
que considere parámetros técnicos.
Determinar los requerimientos técnicos, económicos y operacionales necesarios
para el desarrollo del programa.
Proponer un flujograma para el diseño de un sistema de bombeo mecánico en
212 pozos de petróleo.
Desarrollar el programa computacional para la instalación del levantamiento
artificial bombeo mecánico en pozos de petróleo.
Validar el programa con data real de campo disponible.
Datos del Experto. Apellidos y nombres: ____________________________________________
Institución donde trabaja: _________________________________________
Título de pregrado: ______________________________________________
Título de postgrado: _____________________________________________
Años de experiencia: ____________________________________________
Juicios del experto.
Marque con una (X) la alternativa acertada: 1. El instrumento diseñado mide las variables en estudio:
Suficiente ( ) Medianamente suficiente ( ) Insuficiente ( )
2. Considera que los indicadores se corresponden con las variables tratadas en la
investigación:
Suficiente ( ) Medianamente suficiente ( ) Insuficiente ( )
3. Está de acuerdo con los ítemes elaborados:
Suficiente ( ) Medianamente suficiente ( ) Insuficiente ( )
4. Los ítemes se elaboraron de acuerdo con el indicador señalado en el instrumento:
Suficiente ( ) Medianamente suficiente ( ) Insuficiente ( )
213
Observaciones o sugerencias finales: _______________________________
___________________________________________________________
_____________________________________________________________
Firma
214
CONFIABILIDAD DEL INSTRUMENTO
(ANEXO C)
215
ÍTEMES
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 SUMATORIA PROMEDIO
SUJETOS ÍTEMES ÍTEMES
1 1 1 2 0 2 0 0 1 1 2 2 0 1 0 0 1 0 1 15 0,832 2 1 0 1 0 0 0 0 1 1 2 1 0 0 1 0 0 1 11 0,613 2 1 2 2 2 0 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 2 1 28 1,564 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 34 1,895 2 2 2 1 0 1 0 2 0 2 1 2 0 1 2 2 2 2 24 1,336 1 1 2 1 1 2 0 2 0 0 1 1 0 2 2 2 1 2 21 1,177 2 1 0 1 0 0 0 0 0 1 2 2 0 1 1 0 1 2 14 0,788 1 2 1 1 0 1 0 1 1 2 2 2 1 2 2 0 1 1 21 1,179 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 32 1,7810 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 30 1,6711 2 1 1 0 1 2 1 2 2 1 1 1 0 2 0 2 2 1 22 1,2212 1 1 2 1 1 2 0 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 25 1,3913 1 2 2 1 1 2 0 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 29 1,6114 2 1 1 1 0 0 2 2 1 1 2 1 1 2 0 1 0 2 20 1,1115 2 1 0 1 0 0 0 1 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 11 0,61
PROMEDIO 1,60 1,40 1,40 1,00 0,73 1,07 0,67 1,47 1,13 1,40 1,67 1,40 0,80 1,40 1,27 1,20 1,27 1,60
DESV. EST 0,51 0,51 0,83 0,53 0,70 0,96 0,90 0,74 0,83 0,63 0,49 0,74 0,77 0,74 0,80 0,86 0,88 0,51
VARIANZA 0,26 0,26 0,69 0,29 0,50 0,92 0,81 0,55 0,70 0,40 0,24 0,54 0,60 0,54 0,64 0,74 0,78 0,26
KK-1
18,00
COEFICIENTE DE CRONBACH =
COEFICIENTE DE CRONBACH = 0,87
9,70PROMEDIODESVIACION EST.
SI2
St2
CONFIABILIDAD DEL INTRUMENTO
K-1 17,00
22,477,3954,55
K (# DE ITEMS)VARIANZA TOTAL
SUMA VARIANZA
X 1
216
VALORACIÓN DEL SOFTWARE EDUCATIVO POR EXPERTO EN CONTENIDO (ANEXO D)
217
218
219
220
221
VALORACIÓN DEL SOFTWARE EDUCATIVO POR EXPERTO EN METODOLOGÍA
(ANEXO E)
222
223
224
225
226
VALORACIÓN DEL SOFTWARE EDUCATIVO POR EXPERTO EN INFORMÁTICA
(ANEXO F)
227
228
229
230
231
ENCUESTA FINAL PRUEBA DEL MATERIAL EDUCATIVO COMPUTARIZADO
(ANEXO G)
232
233
234
235
236
237
238