bombeo mecánico convencional
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Bombeo mecánico convencional.
Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el cual su
principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir
movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de cabillas y
mediante la energía suministrada por un motor.
Equipo de Subsuelo
El equipo de subsuelo es el que constituye la parte fundamental de todo el
sistema de bombeo. La API ha certificado las cabillas, las tuberías de
producción y bomba de subsuelo.
Tubería de Producción. La tubería de producción tiene por objeto
conducir el fluido que se está bombeando desde el fondo del pozo hasta
la superficie.
Cabillas o Varillas de Succión. La sarta de cabillas es el enlace entre
la unidad de bombeo instalada en superficie y la bomba de subsuelo.
Anclas de Tubería. Este tipo esta diseñado para ser utilizados en pozos
con el propósito de eliminar el estiramiento y compresión de la tubería
de producción, lo cual roza la sarta de cabillas y ocasiona el desgaste de
ambos.
Bomba de Subsuelo. Es un equipo de desplazamiento positivo
(reciprocante), la cual es accionada por la sarta de cabillas desde la
superficie.
Pintón. Su función en el sistema es bombear de manera indefinida. Esta
compuesto básicamente por anillos sellos especiales y un lubricante
especial.
Equipos de Superficie
La unidad de superficie de un equipo de bombeo mecánico tiene por objeto
transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad de asentamiento
de la bomba de subsuelo con la finalidad de elevar los fluidos desde el fondo
hasta la superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas.
Los equipos que forman los equipos de superficie se explican a continuación:
Unidad de Bombeo (Balancín). Es una máquina integrada, cuyo objetivo es de
convertir el movimiento angular del eje de un motor o reciproco vertical, a una
velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sarta de cabillas y la bomba
de subsuelo.
Clasificación de los Balancines
Balancines convencionales. Estos poseen un reductor de velocidad
(engranaje) localizado en su parte posterior y un punto de apoyo situado en la
mitad de la viga.
Balancines de geometría avanzada. Estos poseen un reductor de velocidad
en su parte delantera y un punto de apoyo localizado en la parte posterior del
balancín.
Características de las Unidad de Bombeo
Convencional Balanceada por
aire
Mark II
1. Muy eficiente 1. La de menor
eficiencia
1. Muy eficiente
2. Muy confiable
debido a su diseño
simple
2. Las más
compleja de las
unidades
2. Igual que la
convencional
3. La más
económica
3. La más
costosa
3. Moderadamente
costosa
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
Ventajas del Sistema de Bombeo Mecánico
Fácil de operar y de hacer mantenimiento
Se puede cambiar fácilmente de rate de producción por cambio en la
velocidad de bombeo o stroke.
Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la
máxima producción.
Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento artificial.
Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie.
Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de
supervisión de bomba.
Se puede usar computadoras modernas de análisis dinamométrico para la
optimización del sistema.
Desventajas del Sistema de Bombeo Mecánico de Petróleo
Es problemático en pozos con alta desviación.
No puede ser usada en pozos off shore por los grandes equipos de
superficie y la limitada capacidad de producción es comparada con otros
métodos.
No puede funcionar con excesiva producción de arena.
La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre.
El rate de producción cae con la profundidad comparado con otros métodos
de levantamiento artificial
Es obstrusivo en áreas urbanas.
El bombeo electrosumergible: es un sistema de levantamiento artificial
aplicado para desplazar volúmenes de crudo con una alta eficiencia y
economía, en yacimientos potencial mente rentables (o en su defecto con
grandes prospectivas) y en pozos profundos, con el objeto de manejar altas
tasas de flujo. Este método es aplicado generalmente cuando se presentan los
siguientes casos:
• Alto índice de productividad.
• Baja presión de fondo.
• Alta relación agua – petróleo.
• Baja relación gas – líquido.
El BES se basa en la utilización de bombas centrífugas (de múltiples etapas)
de subsuelo ubicadas en el fondo del pozo, estas son accionadas por motores
eléctricos.
El BES tiene un rango de capacidades que va desde 200 a 9000 BPD, trabaja
a profundidades entre los 12000 y 15000 pies, el rango de eficiencia está entre
18 – 68% y puede ser usado en pozos tanto verticales como desviados o
inclinados.
EQUIPO DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
Una unidad típica de BES está constituida en el fondo del pozo por los
componentes: motor eléctrico, protector, sección de entrada, bomba
electrocentrífuga y cable conductor. Las partes superficiales son: cabezal,
cable superficial, Tablero de control y transformador.
Además, se incluyen todos los accesorios necesarios para asegurar una buena
operación, como son: separador de gas, flejes para cable, extensión de la
mufa, válvula de drene, válvula de contrapresión, centradores, sensor de
presión y temperatura de fondo, dispositivos electrónicos para control del
motor, caja de unión, y controlador de velocidad variable.
VENTAJAS & DESVENTAJAS
VENTAJAS
· Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son bajos.
· Es usado en pozos verticales y desviados.
· Pueden manejar tasas de producción alrededor de 200 – 90000 BPD.
· Este tipo de instalaciones no impacta fuertemente en las zonas urbanas.
· Bajo mantenimiento.
· Se facilita el monitoreo de presiones y temperaturas de fondo del hoyo, a
través del uso de sensores.
· Puede ser manejado en pozos con grandes cortes de agua y baja relación
gas- líquido.Alta resistencia en ambientes corrosivos dentro del hoy.
DESVENTAJAS
· Es imprescindible la corriente eléctrica, se requiere de altos voltajes.
· Los cables se deterioran al estar expuestos a altas temperaturas.
· Los cables dificultan el corrido de la tubería de producción.
· No es recomendable usar cuando hay alta producción de sólidos.
Características.
Entre las características únicas del sistema están su capacidad de producir
volúmenes considerables de fluido desde grandes profundidades, bajo una
amplia variedad de condiciones del pozo y particularmente se distingue por
que, su unidad de impulso o motor está directamente acoplada con la bomba
en el fondo del pozo.
El aparejo de bombeo eléctrico trabaja sobre un amplio rango de profundidades
y gastos.
Su aplicación es particularmente exitosa cuando las condiciones son propicias
para producir altos volúmenes de líquidos con bajas relaciones gas-aceite. El
sistema opera sin empacador.
Componentes de Fondo
La Bomba
El corazón del sistema BES es la bomba centrífuga. Es del tipo multietapa y el
número de éstas depende de cada aplicación específica. Cada etapa esta
compuesta por un impulsor rotario y un difusor estacionario
Etapa de la Bomba
1. La bomba centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del
impulsor al fluido desplazado.
2. La parte rotativa, el impulsor genera fuerzas centrífugas que aumentan la
velocidad del fluido (energía potencial más la energía cinética).
3. La parte estacionaria, el difusor, dirige el fluido de la forma adecuada al
siguiente impulsor. Transforma parte de la energía en energía potencial o
presión.
4. El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno, cercano al eje y
sale por el diámetro exterior del impulsor.
5. El difusor dirige el fluido hacia el siguiente impulsor.
Fundamentos Hidráulicos
Es importante conocer la presión de entrada de la bomba o PIP (pump intake
pressure) que es igual a la sumergencia más la presión del revestidor. Existen
dos valores a ser considerados para la entrada de la bomba:
1. PIP requerida: esta resulta de ser la presión de entrada necesaria para
alimentar apropiadamente a la bomba y prevenir o impedir la interferencia de
gas o cavitación.
2. PIP disponible: está es una presión en función al sistema en el cual la bomba
opera. Entonces la PIP disponible es la sumergencia característica de cada
instalación individual.
Protector
El protector sirve como eslabón vital en el ensamblaje. Cumple 3 funciones
básicas:
1. Conectar el motor y la bomba
2. Lubricar el eje principal y de esta forma reducir el desgaste del mismo.
3. Compensar la expansión o contracción del motor por el efecto del
calentamiento o enfriamiento.
Motor
Los motores usados en las operaciones de bombeo electrosumergible son del
tipo Dipolares y Trifásicos de Inducción. Los motores están llenos de un aceite
mineral altamente refinado que lubrica los cojinetes del motor. En una
instalación BES, el calor generado por el motor es retirado lejos por los fluidos
del pozo en movimiento hacia la superficie. En enfriamiento del motor se logra
a través de:
1. Circulación interna del aceite del motor.
2. Flujo del caudal del pozo alrededor de la parte exterior del motor.
Cable de Potencia
El cable de potencia es uno de los componentes más importantes y sensibles
en sistemas de levantamiento por BES. Este cable es el encargado de llevar la
potencia eléctrica desde la superficie hasta el motor de subsuelo y también
puede transmitir señales de presión y temperatura de regreso a superficie.
Sistema de Monitoreo
Los sistemas de monitoreo de fondo pueden ser instalados en la parte inferior
del motor.
Componentes de Superficie
Arrancador (Switch Board)
El tablero central es un equipo que protege y controla el funcionamiento del
equipo de fondo.
Variador de Frecuencia (VSD)
Un variador cumple las mismas funciones de un arrancador, pero
adicionalmente tiene la facilidad de manejar frecuencias variables.
Caja de Venteo
Permite conectar el cable suplidor de energía del equipo de superficie con el
cable de potencia al motor.
Cable de Superficie
Es el encargado de suministrar la potencia eléctrica de la fuente de energía
primaria al equipo de fondo.
Diseño de Bombeo Electrosumergible
1. Se calcula la IPR (curva de oferta) con la información de la última prueba
válida.
2. Se calcula el nivel dinámico del fluido (NF), no sin antes obtener la gravedad
específica del petróleo y mezcla.
Descripción del sistema BCP.
El Bombeo por Cavidad Progresiva proporciona un método de levantamiento
artificial que se puede utilizar en la producción de fluidos muy viscosos y posee
pocas partes móviles por lo que su mantenimiento es relativamente sencillo.
Un sistema BCP consta básicamente de un cabezal de accionamiento en
superficie y una bomba de fondo compuesta de un rotor de acero, en forma
helicoidal de paso simple y sección circular, que gira dentro de un estator de
elastómero vulcanizado.
La operación de la bomba es sencilla; a medida que el rotor gira
excéntricamente dentro del estator, se
1.4. Ventajas y desventajas de los sistemas BPC.
Las principales ventajas que proporciona este método de levantamiento
artificial es; que se puede utilizar en la producción de fluidos muy viscosos y
que posee pocas partes móviles por lo que su mantenimiento es relativamente
sencillo. Con respecto a las desventajas que ofrece este sistema esta el hecho
de que el elastómero se puede llegar a deteriorar debido a agentes
contaminantes en el crudo y que no puede ser utilizada a grandes
profundidades por dos razones principales: sería necesario el uso de grandes
extensiones de varillas y las altas temperaturas también pueden dañar el
elastómero.
1.4.1. Ventajas:
Producción de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises;
Los costos de transporte son también mínimos, la unidad completa puede ser
transportada con una camioneta;
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del estator y
al mecanismo de bombeo;
El bajo nivel de ruido y pequeño impacto visual la hace ideal para áreas
urbanas;
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las partes
móviles; y
Simple instalación y operación.
1.4.2. Desventajas:
Resistencia a la temperatura de hasta 280°F o 138°C (máxima de 350°F o
178°C);
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastómeros pueden hincharse o
deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por períodos prolongados de
tiempo);
Desgaste por contacto entre las varilla y la cañería de producción en pozos
direccionales y horizontales.
Equipos de superficie y quipos de subsuelo
El sistema de bombeo por cavidades progresivas está integrada por dos
secciones de equipos: Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo.
A continuación se describen brevemente ambos tipos.
2.1. Equipos de Subsuelo:
2.1.1. Tubería de producción: Es una tubería de acero que comunica la
bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo.
2.1.2. Sarta de varillas: Es un conjunto de varillas unidas entre sí por medio
de cuplas formando la mencionada sarta, se introduce en el pozo y de esta
forma se hace parte integral del sistema de bombeo de cavidad progresiva.
2.1.3. Estator: Usualmente está conectado a la tubería de producción.
2.1.4. Elastómero: Es una goma en forma de espiral y esta adherida a un tubo
de acero el cual forma el estator
2.1.5. Rotor: Suspendido y girado por las varillas, es la única pieza que se
mueve en la bomba. Este consiste en una hélice externa con un área de
sección transversal redondeada, tornada a precisión hecha de acero al cromo
para darle mayor resistencia contra la abrasión.
Centralizador: Puede ser un componente adicional, sin embargo, tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema.
2.1.7. Niple Intermedio o Niple Espaciador: Su función es la de permitir el
movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de
conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla, cuando el diámetro de
la tubería de producción no lo permite. En este caso es imprescindible su
instalación.
2.1.8. Niple De Paro: Es parte componente de la bomba y va roscado al
extremo inferior del estator. Su función es:
.2.1.9. Trozo De Maniobra: Es muy importante instalar un trozo de esta
medida inmediatamente por encima del rotor, en lugar de una varilla, cuando
gira a velocidades superiores a las 250 RPM.
2.1.10. Ancla de Torsión: Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj,
o hacia la derecha (vista desde arriba) se realiza la acción de girar la columna
también hacia la derecha, es decir hacia el sentido de desenrosque de los
caños.
2.1.11. Niple Asiento: es una pequeña unión sustituta que se corre en la sarta
de producción. Permite fijar la instalación a la profundidad deseada y realizar
una prueba de hermeticidad de cañería.
2.1.12. Mandril A Copas: Permite fijar la instalación en el niple de asiento y
produce la hermeticidad entre la instalación de tubería de producción y el resto
del pozo.
2.1.13. Zapato probador de hermeticidad: En caso de ser instalado
(altamente recomendado), se debe colocar siempre arriba del niple intermedio.
2.1.14. Caño Filtro: Se utiliza para evitar, (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastómero), trozos de tamaño regular del mismo, pueden
estar dentro del espacio anular.
2.2.Equipos de superficie.
Una vez obtenidos los parámetros, mínimos de operación, necesarios para
accionar el equipo de subsuelo, es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energía requerida por el
sistema.
2.2.1. Cabezal de rotación.
El cabezal de rotación debe ser diseñado; para manejar las cargas axiales de
las varillas, el rango de velocidad a la cual debe funcionar, la capacidad de
freno y la potencia necesitara.
2.2.2. Sistema de transmisión.
Como sistema de transmisión se conoce el dispositivo utilizado para transferir
la energía desde la fuente de energía primaria (motor eléctrico o
de combustión interna) hasta el cabezal de rotación.
2.2.3. Sistema de Freno
La segunda función importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema. Cuando un sistema BCP esta en operación, una cantidad significativa
de energía se acumula en forma de torsión sobre las varillas.