manual diseño bombeo mecanico

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA

MECÁNICA ELÉCTRICA

“MANUAL DE SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO DEL ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA REGIÓN NORTE”

TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICO

PRESENTA:

JUAN ADOLFO RAGA MARTÍNEZ

ASESOR DE TESIS:

ING. JUAN CARLOS ANZELMETTI ZARAGOZA

POZA RICA, VERACRUZ 2001

“Manual de Selección de Unidades de Bombeo Mecánico del Activo de

Producción Poza Rica Región Norte”

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN....................................................................................................

CAPITULO I...........................................................................................................

Justificación.......................................................................................................................

Tipo y Naturaleza del Trabajo...........................................................................................

Características y Funciones Esenciales.............................................................................

CAPITULO II..............................................................................................................................

Procesos del Trabajo

Sub-Tema 1.0 Descripción del Equipo de Bombeo Mecánico..............................

1.1 Equipo Superficial de Bombeo Mecánico.....................................

1.2 El Motor Principal..........................................................................

1.3 Conexiones Superficiales...............................................................

1.4 Partes Principales...........................................................................

1.5 Bomba Subsuperficial de Bombeo.................................................

1.6 Sarta de Varillas de Succión..........................................................

1.7 Tubería de Producción y Accesorios para Bombeo Mecánico......

Sub-Tema 2.0 Conceptos Fundamentales para la Selección de Unidades

de Bombeo Mecánico........................................................

2.1 Principio de Flotación o de Arquímedes........................................

2.2 Patrón Típico de Cargas en la Varilla Pulida durante el Ciclo de

Bombeo .........................................................................................

2.3 División de Trabajo en un Sistema de Producción Artificial........

2.4 Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico........................

2.5 Aceleración en la Varilla Pulida....................................................

2.6 Movimiento Básico de Bombeo en un Sistema no Elástico

Simple............................................................................................

2.7 Contrabalanceo de la Unidad de Bombeo Mecánico.....................

2.8 Torsión...........................................................................................

2.9 Factores de Torsión........................................................................

2.10 Movimiento Armónico Simple......................................................

Sub-Tema 3.0 Cálculos para la Selección del Tamaño de la Bomba,

Diseño de la Sarta de Varillas y Carrera Efectiva del

Émbolo.............................................................................

3.1 Selección del Tamaño de la Bomba...............................................

1

2

3

5

6

7

8

8

16

23

25

34

40

45

49

49

50

52

53

68

69

70

74

77

86

90

90

3.2 Ejemplos para la Selección del Tamaño de la Bomba...................

3.3 Diseño de la Sarta de Varillas........................................................

3.4 Factores que Contribuyen a Formar la Carga Total en la Varilla

Pulida.............................................................................................

3.5 Carrera Efectiva del Émbolo..........................................................

3.6 Potencia de Arranque Necesaria....................................................

Sub-Tema 4.0 Métodos Empleados en la Selección de Unidades de

Bombeo Mecánico.............................................................

4.1 Método Craft-Holden.....................................................................

4.2 Ejemplos de Aplicación.................................................................

4.3 Método API-RP-11 L.....................................................................

4.4 Ejemplos de Aplicación.................................................................

Costos...............................................................................................................................

CAPITULO III............................................................................................................................

.

Aportaciones o Contribuciones al Desarrollo.................................................................

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

APENDICES

91

95

96

108

117

125

125

138

160

166

196

202

203

UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIÓN

1

INTRODUCCIÓN

Este trabajo ha sido elaborado para las personas interesadas en la selección

de las Unidades de Bombeo Mecánico, su contenido se ha diseñado para que sea

entendible y práctico. Sus objetivos son proporcionar el conocimiento acerca de

los factores que intervienen y deben tomarse en cuenta en la selección de Unidades

de Bombeo Mecánico de un pozo y despejar las dudas de cómo y por qué se

instalan diferentes tipos de unidades de Bombeo Mecánico en los pozos.

Existen conceptos que se deben conocer para seleccionar Unidades de

Bombeo Mecánico, tales como: patrón típico de cargas en la varilla pulida durante

el ciclo de bombeo, geometría de las unidades de bombeo mecánico, aceleración en

la varilla pulida, contrabalanceo de la unidad de bombeo mecánico, torsión,

factores de torsión, principio de flotación o de Arquímedes y el movimiento

armónico simple.

Dentro de los diseños de instalaciones de Bombeo Mecánico existen dos

métodos que se aplican en el Activo de Producción Poza Rica, éstos son e l método

Craft-Holden y el API-RP-11L; el primero se efectúa en menor porcentaje, el

segundo, es el que más se aplica, ya que éste en comparación con el método Craft -

Holden da más tolerancia en el cálculo de la torsión que puede soportar el reductor

de engranes de las Unidades de Bombeo Mecánico. Estos métodos se presentan en

este trabajo con ejemplos de aplicación, sintetizando el procedimiento de cada uno

y utilizando las tablas de los anexos para hacer más sencillo el procedimiento de

selección de Unidades Bombeo Mecánico en un pozo.

El contenido de este trabajo se aplicará en la práctica de campo, de tal

manera que se podrán calcular las emboladas necesarias y la carrera exacta en las

unidades de bombeo mecánico, así como el espaciamiento adecuado entr e la

válvula viajera y válvula de pie para evitar el candado de gas en el interior de la

bomba, reflejándose todo esto en una eficiencia más alta, un punto óptimo de

operación y una producción mayor del pozo.

CAPÍTULO I


3

JUSTIFICACIÓN

El sistema artificial de explotación de bombeo mecánico se aplica en los pozos que

no tienen la energía suficiente para elevar los hidrocarburos a la superficie por sí solos, este

sistema, ayuda a continuar con la explotación del pozo hasta su última etapa como

productor.

Este sistema se implantó en el Activo de Producción Poza Rica de PEMEX región

Norte desde el año de 1957, y en forma masiva en la década de los 90’s por la necesidad de

eliminar los gasoductos de alta presión que atravesaban la zona urbana, ya que éstos

formaban un peligro para la sociedad. Por este motivo se utilizaron las Unidades de

Bombeo Mecánico, ya que proporcionan un bajo costo con respecto a otros sistemas de

explotación artificial y principalmente, eliminan el peligro latente de los gasoductos de alta

presión que atraviesan la zona urbana.

El uso frecuente de las Unidades de Bombeo Mecánico en los diferentes pozos con

este sistema, hicieron que se fueran adquiriendo conocimientos básicos sobre su operación,

dados principalmente por la práctica, pero existe la falta de información de porqué se

instala una Unidad de Bombeo Mecánico, ya que existen en la actualidad diferentes tipos y

cuales son los datos principales que deben tomarse en cuenta para la selección de unidades.

Además, esta falta de información hace que en ocasiones lleguen a cambiarse las

condiciones de operación en la unidad.

El presente trabajo presenta los parámetros que se deben tomar en cuenta para la

selección de Unidades de Bombeo Mecánico, así como los cálculos necesarios para

seleccionar adecuadamente el tipo de unidad que debe tener el pozo, para obtener una

operación correcta y sin esfuerzos en el reductor de engranes de la Unidad de Bombeo

Mecánico; al final de la lectura, se comprenderá los motivos de instalar unidades con

diferente tamaño y tipo.

El trabajo está organizado en tres capítulos. En el capítulo uno se presenta la

justificación, tipo y naturaleza del trabajo, así como sus características y funciones

esenciales.

El capítulo dos se subdivide en cuatro sub-temas que son los siguientes:

Sub-tema uno: Descripción del Equipo de Bombeo Mecánico.

En este subtema, se describe el sistema artificial de explotación de Bombeo Mecánico, el

cual tiene como objetivo principal, elevar los fluidos aportados por un pozo petrolero. El

Sistema de Bombeo Mecánico debe ser resistente, de larga vida, eficiente, fácil y barato de

transportar; silencioso, no contaminante, seguro de instalar y de operar, también se

describen las partes esenciales del sistema de bombeo mecánico son:

1) El equipo superficial de bombeo (Unidad de Bombeo Mecánico) y las conexiones

superficiales.


4

2) El motor principal.

3) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios.

4) La sarta de varillas de succión.

5) La tubería de producción (T.P.) y accesorios para bombeo mecánico.

Finalmente, se mencionan las funciones de cada componente del sistema.

Sub-tema dos: Conceptos Fundamentales para la Selección de Unidades de Bombeo

Mecánico.

En este subtema se exponen y analizan los conceptos fundamentales que se

aplican en la selección de Unidades de Bombeo Mecánico tales como:

Principio de Flotación o de Arquímedes

Patrón típico de cargas en la varilla pulida

D i v i s ión d e l t rabaj o en u n s i s t ema de exp l o ta c i ón a r t i f i c i a l

Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico

Aceleración en la varilla pulida

Torsión

Sub-tema tres: Cálculos para la Selección del Tamaño de la Bomba, Diseño de la Sarta

de Varillas y Carrera Efectiva del Émbolo.

En este subtema se presenta una metodología para calcular el tamaño de la

bomba, diseñar la sarta de varillas y la carrera efectiva del émbolo. Posteriormente,

esta metodología se aplica a ejemplos reales.

Sub-tema cuatro: Métodos Empleados en la Selección de Unidades de Bombeo

Mecánico.

En este subtema se consideran dos métodos para seleccionar la unidad adecuada,

de acuerdo con las características que tiene el pozo como son: profundidad,

varillas, diámetro del émbolo, carga máxima y carga mínima en la varilla pulida,

diámetro de la tubería de producción, carrera en la unidad de bombeo mecánico,

densidad relativa del fluido, profundidad de la bomba y profundidad del nivel

dinámico.

Además se presenta un análisis de costos de las Unidades de Bombeo Mecánico.

En el capítulo tres se presentan las contribuciones o aportaciones al desarrollo, que

es la siguiente: Guía rápida para la selección de Unidades de Bombeo Mecánico según el

método API-RP 11L.


5

TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO

El presente trabajo práctico técnico que tiene como título “Manual de Selección de

Unidades de Bombeo Mecánico en el Activo de Producción Poza Rica Región Norte”,

encuentra relevancia en el ámbito del Activo de Producción Poza Rica, ya que sirve de

apoyo a operadores y demás personal relacionado con las Unidades de Bombeo Mecánico.

En este trabajo se hace una descripción de los diferentes equipos, de los parámetros

importantes que deben controlarse para una óptima operación de las unidades. Así mismo,

se presentan una serie de procedimientos y ejemplos de cálculo que posteriormente se

emplearán para seleccionar conforme las condiciones del pozo, la Unidad de Bombeo

Mecánico adecuada. Finalmente se presentan metodologías de cálculo para realizar la

selección de la Unidad de Bombeo Mecánico.

A diferencia del sistema artificial de explotación de bombeo neumático, el sistema

artificial de bombeo mecánico en el Activo de producción Poza Rica es de menor

peligrosidad para la población y para el entorno ecológico, es por ello que se empezaron a

utilizar las Unidades de Bombeo Mecánico, además de que representan un bajo costo de

mantenimiento y de operación.

Las Unidades de Bombeo Mecánico son operadas por un motor primario, el cual

proporciona movimiento a las bandas de la polea del reductor de engranes y este a su vez, a

un conjunto de bielas y manivelas las cuales proporcionan un movimiento reciprocante al

balancín de la unidad. El movimiento reciprocante hace que la unidad extraiga la sarta de

varillas que tiene el pozo de acuerdo con la longitud de carrera que tiene la unidad, además

de operar la bomba de inserción que se encuentra en el fondo del pozo.

La función de efectuar el movimiento reciprocante a una sarta de varillas acopladas

a una bomba, es que los hidrocarburos contenidos en el fondo del pozo, se puedan elevar a

la superficie con la ayuda de otro sistema de explotación artificial, a través de una tubería

de producción que se encuentra hasta al superficie, y después conducirla por líneas hasta la

siguiente etapa, que es la separación.


6

CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES ESCENCIALES

El presente trabajo tiene como característica ser un trabajo práctico técnico de

consulta y guía para el estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica Eléctrica, el

operador de Unidades de Bombeo Mecánico y demás personal interesado en esta campo, ya

que al entrar en materia podrá obtener información clara de lo que es una Unidad de

Bombeo Mecánico, su funcionamiento y selección.

La función esencial del presente trabajo práctico técnico es cumplir con los

siguientes objetivos:

Describir detalladamente los diferentes tipos de Unidades de Bombeo Mecánico.

Describir el funcionamiento y aplicación de los diferentes tipos de Unidades de

Bombeo Mecánico.

Proporcionar un conocimiento elemental de los conceptos y principios fundamentales

aplicables a la selección de Unidades de Bombeo Mecánico.

Describir los cálculos necesarios para seleccionar el tamaño de la bomba, el diseño de

la sarta de varillas y la carrera efectiva del émbolo.

Describir los métodos empleados en la selección de las Unidades de Bombeo Mecánico,

analizarlos y seleccionar el más recomendable.

Desarrollar una guía rápida para la selección de Unidades de Bombeo Mecánico.

Presentar un análisis de costos del equipo según se adquiera nuevo, se repare o se rente.

Excluyendo costos por mano de obra.

UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS

196

COSTOS

Con la finalidad de efectuar un análisis de costos de los accesorios para la explotación

del sistema artificial de Bombeo Mecánico, se enlistan los accesorios y cada uno de los

precios unitarios, necesarios para la operación de una Unidad de Bombeo Mecánico.

Descripción Unida

d

Precio

Unitario

Bomba Sub-superficial marca Trico de 1 ½” a 2 ½” , tolerancia

entre barril y pistón de 0.003”, equipada con barril de acero

recubierto de cromo en su diámetro interior, de pared gruesa con

válvulas de Carburo de Tugsteno, diseño especial con doble anclaje,

inferior mecánico y superior de tres copas de material plástico,

válvula “Top-Ring” para evitar candado de gas, accesorios de acero

endurecido para uso en ambiente con presencia de CO2 y H2S,

incluyendo zapata candado, niple sello y tres juegos de copas extras.

Pieza $49,571.44

Varilla de succión marca Trico o calidad igual o superior API clase

“D” con cople liso de ¾” x 25 pies de longitud. Pieza $486.40


“D” con cople liso de 7/8” x 25 pies de longitud.

Pieza $612.71


“D” con cople liso de 1” x 25 pies de longitud. Pieza $887.70

Varilla pulida marca Trico o calidad igual o superior, de acero de

aleación, carbón, manganeso, cromo molibdeno con acabado espejo

aproximado de 8 a 32 micrones de acuerdo a especificaciones API

con capacidad de 95,000 a 160,000 lbs de carga a la tensión de 1

½” x 22 pies.

Pieza $9,364.45

Mordaza para varilla pulida de 1 ½” con 3 orificios serie 10 de

40,000 lbs de carga. Pieza $1,222.58

Cople combinación API para varillas de succión de ¾” a 7/8”

marca Trico Pieza $379.59

Cople combinación API para varillas de succión de 7/8” a 1”

marca Trico Pieza $533.29

Brida colgadora marca “Wellhead Inc.” Modelo W2F, 3M 7 1/16” ,

ranura para junta de acero RTJ-45, rosca macho de 3” ext. x 2 ½”

y rosca caja para colgar tubería de 2 7/8” según designación API,

incluyendo 12 espárragos de 1 1/8” diam x 9” long., 24 tuercas y una

junta de acero R-45.

Pieza $11,851.20

Preventor de doble empaque marca “DOBLE E” para varilla pulida

de 1 ½” , modelo LP-15, incluyendo 5 juegos de empaques. Pieza $7,412.82

Estopero preventor marca “KVF” o calidad igual o superior para la

varilla pulida de 1 ½” , 3” , incluyendo 5 juegos de empaques.

Pieza $3,780.32


197

Tee roscada marca “KVF” calidad igual o superior, acero al carbón

de 3,000 lbs/plg2 de 3x3x2” con tapón ciego Pieza $1,594.66

Niple de 3” marca Capitol, calidad igual o superior, 6” longitud

roscado en ambos extremos, acero al carbón de 3,000 lbs/plg2.

Pieza $172.48

Cople de 3” marca Trico, calidad igual o superior, de acero al

carbón de 3,000 lbs/plg2.

Pieza $532.38

Unidad de Bombeo Mecánico Pieza $1’500,000

Con las siguientes características de un pozo, y utilizando el método de selección de

Unidades de Bombeo Mecánico API, se efectuará el análisis de costos para la instalación de

los accesorios nuevos para el sistema Artificial de Explotación de Bombeo Mecánico.

Datos:

D = 2”

dtp = 2 7/8”

LT = 6000 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

H = 6000 pies

N = 13 spm

S = 168 plg

q = 350 BPD

G = 0.870

Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 2” y

una sarta compuesta por varillas de 1” , 7/8” y ¾” , corresponde una varilla No. 86

con los siguientes porcentajes para cada sección:

R1 = 32.8 %

R2 = 33.2 %

R3 = 33.9 %

Entonces:

Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n

L1 = (32.8/100) x (6000) = 1968 pies de varilla de 1”

L2 = (33.2/100) x (6000) = 1992 pies de varilla de 7/8”

L3 = (33.9/100) x (6000) = 2034 pies de varilla de ¾”


198

Como cada una de las varillas de succión miden 25 pies de longitud, se tendrá que

dividir la longitud de la primera sección entre la longitud de cada varilla, de la misma

manera se hará con las otras dos secciones de varillas. Con ello sabrá cuantas varillas

necesitará de cada diámetro para satisfacer las condiciones de profundidad total de la sarta

de varillas

L1 = 1968 25 = 78.72, por aproximación se emplearán 79 varillas de 1”

L2 = 1992 25 = 79.68, por aproximación se emplearán 79 varillas de 7/8”

L3 = 2034 25 = 81.32, por aproximación se emplearán 82 varillas de ¾”

De acuerdo con la tabla de los precios unitarios se tiene que:

No de Varillas Precio Unitario Total

79 $887.70 $70,128.3

79 $612.71 $48,404.09

82 $786.70 $64,509.4

GRAN TOTAL $183,041.79

Para unir las varillas de un diámetro inferior a uno superior, se utilizan coples

adaptadores, en este caso se utilizarán dos coples adaptadores, uno de ¾” a 7/8” y otro de

7/8” a 1”.

Cople combinación Precio Unitario Total

¾” a 7/8” $379.50 $379.50

7/8” a 1” $533.29 $533.29

GRAN TOTAL $912.79

La bomba de inserción de 2” con los accesorios tiene un precio de:

$49,571.44

La varilla pulida tiene un precio unitario de:

$9,364.45

La mordaza con la cual se sujeta la varilla pulida con una capacidad de carga de

40,000 lbs/plg2 tiene un precio de:

$1,222.58

La brida colgadora marca “Wellhead Inc.” 7 1/16” , rosca macho de 3” ext. x 2 ½”

y rosca caja para colgar tubería de 2 7/8” y una junta de acero R-45 tiene un precio

unitario de:

$11,851.20


199

El Preventor de doble empaque marca “DOBLE E” para varilla pulida de 1 ½” ,

modelo LP-15 tiene un precio de:

$7,412.82

Estopero preventor de 3” , para varilla pulida de 1 ½” , tiene un precio unitario de:

$3,780.32

La Unidad de Bombeo Mecánico marca Lufkin tipo Convencional tiene un precio

unitario de:

$1’500,000.00

La utilización de accesorios nuevos para un sistema artificial de explotación de

Bombeo Mecánico, tiene los siguientes valores:

Varillas $183,041.79

Coples combinación $912.79

Bomba de inserción $49,571.44

Varilla pulida $9,364.45

Mordaza $1,222.58

Brida colgadora $11,851.20

Preventor $7,412.82

Estopero preventor $3,780.32

Unidad de Bombeo

Mecánico $1’500,000.00

La suma total del acondicionamiento para este sistema de explotación tiene un gasto

aproximado en accesorios de

GRAN TOTAL $1’767,157.39

La producción bruta del pozo que se instalaron estos accesorios, es de

aproximadamente 40 metros cúbicos, con un porcentaje de agua del 12%.

La producción neta del pozo es de:

P.N. = 40 - (40)(0.12)

P.N. = 35.2 m3

Entonces, la producción neta en barriles es de:

P.N. = (35.2)(6.2905)

P.N. = 221.42 Barriles


200

La cotización del dólar actualmente es de 9.74 pesos mexicanos, y el barril de

petróleo es de 22.30 dólares, por lo tanto la producción diaria del pozo es aproximadamente

de:

1 Barril = 217.20 Pesos Mexicanos

La producción neta que aporta el pozo tiene un costo diario aproximado de:

(Precio del Barril) (Producción Neta)

(217.20) (221.42)

$48,092.42

El costo aproximado de extraer el aceite, enviarlo a separación, almacenarlo, pagar el

consumo de energía eléctrica del motor a Comisión Federal de Electricidad y venderlo es

de aproximadamente de:

11 Dólares por cada Barril de aceite

Como el pozo produce 221.42 barriles diarios, entonces:

(11)(9.74) = $107.14

(107.14) (221.42) = $23,722.94

Este es el costo de extraer la producción de 221.42 barriles diarios, lo que reditúa en

una ganancia diaria de:

48,092.42 – 23,722.94 = $24,369.48

Este resultado se tendrá que multiplicar por el número de días, para conocer en que

tiempo se pagará el equipo, entonces:

($24,369.48) (73 días) = 1’778,972.04

Esto quiere decir que los accesorios y el equipo de Bombeo Mecánico se pagarán en

aproximadamente 73 días después de su intervención. Después de los 73 días, el equipo ya

es rentable, es decir, continúa pagándose hasta su próximo cambio de accesorios, pagando

únicamente los gastos de extracción, separación y venta.

Otro análisis de costos, se realizará con los accesorios reparados, es decir, únicamente

con el cambio de la sarta de varillas de succión, la varilla pulida y los coples combinación

de las varillas, los otros accesorios son proporcionados por los talleres donde se hacen la

reparación de los mecanismos.

El precio de la sarta de varillas es de: $183,041.79


201

Los coples combinación para la sarta de varillas tienen un precio de: $912.79

La varilla pulida tiene un costo de: $9,364.45

Los Sellos de hule de los preventores doble “E” tipo LP-15 y del estopero preventor

tienen un valor de: $586.88

Estos tres accesorios hacen un total de:

$193,319.03

Estos los únicos gastos de accesorios del sistema de Bombeo Mecánico, por lo que

resulta más rentable. A continuación se hace el análisis para saber en que tiempo se pagan

estos accesorios:

La producción neta del pozo es de 221.42 Barriles por día, por esta producción se

obtienen $48,092.42 diarios. Además, por extraer un barril de petróleo crudo, separarlo,

almacenarlo, pagar a Comisión Federal de Electricidad la energía consumida por el motor

eléctrico que opera la unidad de Bombeo Mecánico, y comercializarlo tiene un costo de 11

dólares ($107.14). Multiplicando esta cantidad por el número de barriles que produce el

pozo se tiene que:

(107.14) (221.42) = $23,722.94

Esta cantidad es el costo de producir 221.42 barriles diarios. Entonces la ganancia es

aproximadamente de:

48,092.42 – 23,722.94 = $24,369.48

Este resultado se tendrá que multiplicar por le número de días, para conocer en que

tiempo se pagará el equipo, entonces:

(24,369.48) (8 días) = $194,955.84

Por lo que los accesorios se pagarán en ocho días, después de los ocho días la

ganancia diaria será de: $24,369.48

La utilización de accesorios reparados es más económica como se observa en el

análisis de costos, aunque pueden causar anomalías indeseables en el sistema, por ello es

recomendable la utilización de accesorios nuevos, ya que ellos proporcionan una mayor

seguridad a situaciones imprevistas por ejemplo: ruptura de la sarta de varillas o de la

varilla pulida, provocando fuga de hidrocarburos a la atmósfera, además de volver a

intervenir el pozo y hacer cambio de los accesorios dañados. Otra importancia son los

mecanismos de seguridad como son los preventores y estoperos preventores que tienen la

función de aislar la presión interna del pozo cuando se requiera. El preventor más seguro es

el doble “E” LP-15, ya que cierra herméticamente los sellos de hule aún sin varilla.

UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO II

CAPITULO II

UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO II

8

1.0 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO MECÁNICO

El Sistema artificial de explotación de Bombeo Mecánico tiene como

objetivo elevar los fluidos a la superficie cuando el pozo ha dejado de fluir por l a

presión natural de yacimiento. Partiendo desde el nivel dinámico y un nivel neto

del pozo, se efectuarán los cálculos necesarios para el diseño de la instalación con

un mínimo de:

Torsión.

Carga en la varilla pulida.

Rango de cargas en las varillas.

Requerimientos de potencia del motor principal.

Costos de combustible o energía.

Costo de mantenimiento de la unidad.

Roturas de varillas.

Producción diferida por rotura de varillas o por reparación y mantenimiento de

la unidad.

Costo de instalación.

Costo inicial.

Adicionalmente, el Sistema de Bombeo Mecánico debe ser resistente, de

larga vida, eficiente, fácil y barato de transportar; silencioso, no contaminante, y

seguro de instalar y de operar.

Las partes esenciales del sistema de bombeo mecánico son:

1) El equipo superficial de bombeo (U.B.M.) y las conexiones superficiales.

2) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios.

3) La sarta de varillas de succión.

4) La tubería de producción (T.P.) y accesorios para bombeo mecánico.

1.1 EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEO MECÁNICO

Su función es transferir energía del motor principal a la sarta de varillas de

succión a través de la Unidad de Bombeo Mecánico para hacer esto, el equipo debe

cambiar el movimiento rotatorio del motor principal, a un movimiento reciprocante

en las varillas de succión y debe reducir la velocidad del motor principal a una

velocidad adecuada de bombeo. La reducción de velocidad se logra en el reductor

de engranes, y al resto del equipo concierne el cambio de movimiento rotatorio en

reciprocante.

La unión directa entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial,

es la varilla pulida. La varilla pulida está disponible en tres tamaños y para

cualquier instalación en particular, ese tamaño depende del diámetro de la tube ría

de producción y del diámetro de las varillas de succión en la parte superior de la

sarta la varilla pulida pasa a través de un estopero y el fluido que ha sido elevado

UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA I

9

pasa a través de una conexión tipo “T” hacia las conexiones superficiales y éstas a

su vez a una línea de descarga hasta la batería de separación.

La varilla pulida va unida al cable colgador a través de una mordaza que

sujeta a la misma después de recuperar el peso de la sarta de varillas, procurando

darle el espaciamiento mínimo entre la válvula viajera y válvula de pie para evitar

que la bomba succione gas y a la vez no golpee la válvula guía con el conector

(que no se escuche golpeteo en la superficie).

El peso de la sarta de varillas, del fluido y las tensiones y fricciones en la

misma, son soportadas por la mordaza que aprieta a la varilla pulida. Esta mordaza

recarga sobre el elevador, que es sostenido por el cable colgador. El cable colgador

va sujeto a la cabeza de caballo colocado en el extremo del balancín. El diseño

apropiado de estos componentes, la nivelación y la alineación de la U.B.M. con

respecto al árbol del pozo, aseguran el viaje vertical de la varilla pulida a través

del estopero, reduciendo el desgaste de los hules, manteniendo un buen sello y

evitando fugas de fluido en la superficie.

El poste Sampson sostiene al balancín en cierto punto de éste, dependiendo

de la geometría de la Unidad de Bombeo Mecánico, el movimiento del balancín se

transmite por medio de la biela, la cual recibe el movimiento de la manivel a; la

distancia de la flecha del reductor al cojinete de la biela (muñón), define la

longitud de carrera de la varilla pulida. La mayoría de las unidades tiene tres

orificios para el muñón en el Activo de Producción Poza Rica (algunas cuentan con

cuatro) y se definen como carrera mínima, intermedia y máxima, con su respectiva

medida de longitud en pulgadas, excepto en la unidad hidroneumática Tieben, sin

embargo, el objetivo es el mismo. Los tipos de unidades con que cuenta el Activo

Producción Poza Rica son:

a) Unidad Convencional

En la Unidad de Bombeo Mecánico convencional, la cual se muestra en la

figura 1 su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado

izquierdo de la unidad), es en contra del sentido de las manecillas del reloj; pu ede

operar en sentido contrario, ya que la rotación de los dos lados dá lubricación a los

engranes del reductor pero no es correcto, ya que debe tener el mismo sentido de

giro del motor eléctrico.

b) Unidad Mark II

En la Unidad de Bombeo Mecánico Mark II, la cual se muestra en la figura 3

su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la

unidad), es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricación en

el reductor es exclusivamente para esta rotación. No debe operar en rotación contraria

porque dañaría considerablemente el reductor.


10

c) Unidad Aerobalanceada

En la Unidad de Bombeo Mecánico aerobalanceada, la cual se muestra en la

figura 2 el balanceo es a través de aire suministrado por un motocompresor hac ia

un cilindro amortiguador. El motocompresor se calibra a un paro y a un arranque

automático, dependiendo del peso de la sarta de varillas para que el motor

principal opere sin esfuerzos. Su rotación y el sistema de lubricación del reductor

es igual al de la unidad convencional.

Las partes principales de la unidad aerobalanceada son iguales a las de las

unidades Mark II y Convencional, excepto el motocompresor y el cilindro

amortiguador que son partes exclusivas de la unidad aerobalanceada.

d) Unidad Hidroneumática Tieben

La Unidad Tieben (ver figuras 4 y 5) se compone de dos sistemas básicos:

Sistema Hidráulico.- Consta de un Cilindro Hidráulico de efecto doble (1),

una Válvula de Control Direccional de cuatro vías (2) y una Bomba Maestra de

Engranes (3). Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y

descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial (ver figura 5).

Sistema de Balanceo Hidroneumático.- Consta de un Cilindro Hidráulico de

efecto simple (4), un paquete de Tanques de Nitrógeno (6), un Cilindro

Hidroneumático de efecto doble (5) (acumulador), y una Bomba Auxiliar de

Engranajes (7) ver figura 5. Este balanceo funciona en base a dos magnitudes:

una constante y otra variable.

La Constante.- Es la cantidad de fluido hidráulico necesario para ocupar la

mitad de los dos cilindros, por debajo de cada émbolo y el tubo que los

comunica: 5 galones en unidades de 60” de Carrera, 10 galones en unidades de

120” y 15 galones en las de 180”.

La Variable.- Es la cantidad de nitrógeno que se aplica a los tanques y a la

parte superior del acumulador, la cual será proporcional al peso de la sarta de

varillas de succión, junto con la columna de crudo. Este sistema equivale a los

contrapesos de las unidades convencionales y Mark II, y al cilindro neumático

de las unidades aerobalanceadas.

La presión del nitrógeno sobre la parte superior del émbolo del acumulador

equivale al peso de la sarta. El sistema hidráulico descrito al principio, se encarga

de romper este equilibrio en uno y otro sentido alternativamente, o sea, en la

carrera ascendente y en la descendente.


11

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÉCTRICA

TRABAJO PRÁCTICO-TÉCNICO

FIG.1 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO

CONVENCIONAL



12





AEROBALANCEADA



13





MARK II



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HIDRONEUMÁTICA (TIEBEN)



15





HIDRONEUMÁTICA (TIEBEN)



16

1.2 EL MOTOR PRINCIPAL

La función del motor principal es proporcionar a la instalación energía

mecánica que eventualmente será transmitida a la bomba y usada para elevar el

fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe, por supuesto,

tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado desde el nivel de

trabajo del fluido en el pozo. El motor principal puede ser una máquina de

combustión interna (gas natural o diesel) o puede ser un motor eléctrico.

La selección del tipo de motor principal depende de los recursos locales, del

suministro y costo del combustible (diesel, gas natural) o energía eléctrica, de la

capacidad para el mantenimiento y de la existencia de personal experimentado.

El uso de motores eléctricos facilita el análisis del comportamiento de la

unidad de bombeo en dos aspectos:

1. Permite medir con un amperímetro de gancho, el rango de trabajo y así

observar cuando existe una pérdida o sobrecarga del peso en la sarta de

varillas sin interferir con la operación del pozo.

2. Tienen un bajo costo inicial, menor costo de mantenimiento y son más

fáciles de ajustar a un sistema automático.

Por otra parte, las máquinas de gas tienen la ventaja de un control de

velocidad más flexible y pueden operar en un rango más amplio de condiciones de

carga. El costo del combustible puede ser inferior al de la energía eléctrica, aunque

conforme se incrementan los costos del combustible, esta condición puede

invertirse.

Cualquier diseño para la instalación del bombeo mecánico, debe considerar

el comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre

ellos. Sin embargo, aún existen aspectos de ingeniería de este sistema de

producción artificial que no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es

necesario comprender el proceso de bombeo, debido a la tendencia de bombear

pozos cada vez más profundos.

Motores de Combustión Interna y Eléctricos

a) Motores de combustión interna

Se llama motor de combustión interna a todo motor en el cual la materia que

trabaja es producto de la combustión del aire y del combustible; esta combustión

generalmente se lleva a cabo en el cilindro de trabajo.


17

Entre los motores de combustión interna, se tienen:

1. Motores diesel o motores por compresión.

2. Motores de gasolina o motores de explosión por chispa.

1. Motores Diesel o Motores por Compresión

Se llama motor diesel a todo motor de combustión interna en el cual el

combustible se inyecta cuando la compresión está a punto de terminarse, y el

combustible entra en ignición, únicamente debido al calor producido por la

compresión del aire carburante. En este tipo de motores sólo se aspira aire

inicialmente y se comprime unas 16 veces su volumen inicial, quedando, por lo

tanto, contenido en muy poco espacio. Al hallarse de esta forma comprimido, el

aire aumenta mucho su densidad, así como su presión y temperatura, llegando a

alcanzar valores de 600º C. Al final de esta compresión, cuando el cilindro está

aproximadamente en el punto muerto superior, se inyecta dentro del cilindro un

combustible pesado que puede ser aceite crudo, residuos de refinería o aceites

destilados, el cual, al entrar en contacto con el aire muy caliente que se halla

comprimido, produce la combustión, quemándose las partículas de combustible a

medida que van entrando en la cámara. Al mismo tiempo que esto ocurre, el

émbolo se va moviendo, aumentando el volumen de la cámara de combustión.




FIG.6 MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

A DIESEL



18


FACULTAD DE INGRIA. MEC. ELÈCTRICA


FIG.7 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA


2. Motor de Gasolina o Motor de Explosión por Chispa

En este tipo de motores se aspira una mezcla de aire–carburante, la cual

reduce aproximadamente 6 veces su volumen inicial. Los motores de combustión

interna (por efectuarse la combustión dentro del mismo motor) o de explosión

aprovechan la expansión de los gases producidos por la combustión viva de una

mezcla carburante, en la cámara de combustión del cilindro; los gases empujan un

émbolo y éste es convertido en movimiento giratorio del cigüeñal, por medio de

una biela. Pueden funcionar con arreglos a ciclos de cuatro o de dos tiempos, en el

primer caso, los ciclos se suceden como sigue:

Admisión.- el émbolo, arrastrado por el cigüeñal, baja y aspira en el cilindro

la mezcla carburante procedente del carburador.

Compresión.- el cigüeñal hace subir el émbolo, el cual comprime

fuertemente la mezcla carburante en la cámara de combustión.

Explosión.- la chispa que salta entre los electrodos de la bujía inflama la

mezcla, produciéndose una violenta dilatación de los gases de combustión que

empujan el émbolo, en la cual el émbolo produce trabajo y arrastra el cigüeñal.


19

Escape.- el émbolo vuelve a subir y expulsa los gases de la combustión.

La apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción

de la chispa en la cámara de combustión, se obtiene mediante mecanismos

sincronizados con el cigüeñal.




FIG.8 MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

A GASOLINA





FIG.9 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA A

GASOLINA


´

´ ´

´

´

´

´


20

b) Motor Eléctrico

Es una máquina que convierte la energía eléctrica en movimiento rotatorio o

energía mecánica, con objeto de que efectúe un trabajo útil. Los motores

elementales funcionan a base de interacción de dos campos magnéticos: uno se

produce alrededor de un conductor que lleva corriente y otro es un campo

magnético fijo. Un motor común produce movimiento rotatorio continuo. Esto lo

hace originando una fuerza de giro o par, sobre un conductor que lleva corriente, al

cual se le ha dado forma de espiral. Cuanto mayor sea el par, más trabajo útil

puede desempeñar el motor. Entre los motores eléctricos se tienen:

1. Motor de corriente continua.

2. Motor de inducción de corriente alterna.

3. Motor de velocidad variable.

MOTORES ELÉCTRICOS

1. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

Los campos magnéticos en estos motores son producidos por devanados

estacionarios llamado estator y por devanados rotatorios en el núcleo del rotor. El

circuito de un extremo a otro de los devanados del inducido en el motor típico de

corriente continua, se completa mediante escobillas de carbón estacionarias. Las

escobillas están en contacto con los segmentos del colector, que se conectan en los

devanados del rotor. Cuando se suministra potencia a la armadura a través de las

escobillas, también se origina un flujo magnético alrededor de la armadura. Este

flujo es el que interactúa con el campo magnético donde está suspendida la

armadura para producir el par que hace funcionar el motor.

El principio de funcionamiento del motor de corriente continua (C.C.)

consiste en la circulación por las bobinas de la armadura o inducido, de una

corriente que hace que este se magnetice generando una atracción entre los polos

de la armadura y los polos del campo del signo contrario, haciendo girar la

armadura.

Los motores y los dínamos de corriente continua, tienen esencialmente los

mismos componentes y se parecen mucho en su aspecto exterior, la diferencia

radica en que el dínamo de corriente continua, convierte la energía mecánica en

energía eléctrica, y el motor de corriente continua convierte energía eléctrica en

energía mecánica.

Este tipo de máquinas de corriente continua, tropiezan con ciertas

dificultades por el trabajo de conmutación que requiere escobi llas, portaescobillas,

carbones, líneas neutras etc.; no así los motores de corriente alterna.


21

2. MOTOR DE INDUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA

Los motores de corriente alterna son los más empleados debido a su

robustez, simplicidad, ausencia de colector y a las características de

funcionamiento tan adecuadas para el trabajo a velocidad constante. El motor

funciona basándose en el principio de que, cuando un flujo magnético corta a un

conductor cerrado, se induce corriente en él. Estos reaccionan con el flujo y c rean

una fuerza en la dirección del movimiento del campo magnético, de acuerdo con el

principio de la acción motriz, si gira el flujo y corta a un disco o cilindro

conductor, se desarrolla un par y el disco o cilindro tiende a girar en el mismo

sentido que el flujo al conductor, anulándose las corrientes inducidas y por lo

tanto, el par. Deberá pues, haber deslizamiento entre el campo giratorio y el

conductor. En el motor de inducción existe un órgano fino llamado estator y otro

giratorio llamado rotor.

La acción del campo magnético induce corriente en el rotor al atravesar los

conductores de éste, generando un campo magnético que reacciona con el campo

del estator, ejerciendo en el rotor una torsión que lo hace girar. Los tipos de

rotores que se utilizan en los motores de inducción son: el rotor de jaula de ardilla

y el rotor de enbobinado.

En el Activo de Producción Poza Rica éstos son los rotores más utilizados.

Por su versatilidad, son ideales para trabajar a velocidades constantes determinadas

por la frecuencia de la corriente alterna aplicada a sus terminales pueden diseñarse

para trabajar con una línea de corriente alterna monofásica ó polifásica, no

importando, pues el principio de operación es el mismo: la corriente alterna

aplicada al motor produce un campo magnético giratorio, el cual a su vez hace

girar al rotor.

En el Activo de Producción Poza Rica, se utilizan los motores de corriente

alterna para los trabajos en diferentes secciones y departamentos, debido a su

versatilidad, costo y economía.

El motor Econo-Pac II, del cual se hablará, se utiliza para realizar el trabajo

mecánico, mediante un juego de bandas y poleas sincronizadas, alineadas por su

cara interna.

El motor eléctrico Econo-Pac II (ver figura 10) es el único que cuenta con

cuatro pares de arranque, los cuales se utilizan de acuerdo al diseño y condiciones

que se requieran.


22




FIG.10 MOTOR ELÉCTRICO ECONO-PAC II


El motor eléctrico, parte principal de la Unidad de Bombeo Mecánico, se

puede modificar en sus conexiones para realizar el trabajo que se requiera,

aumentando o disminuyendo el amperaje.

También cuenta con un tablero de control para proteger su buen

funcionamiento, con piezas especiales como son: el contactor, relevador,

transformador, timer, tablilla, conexiones, relay sobre corriente con elementos

bimetálicos, los cuales se abren por el paso excesivo de amperaje protegiendo así

el motor, cuenta en el interior del devanado con termosensores de calor conectados

en serie al mismo tiempo con el tablero.

Se encuentra equipado con dos resistencias precalentadoras, evitando así la

presencia de humedad, estas trabajan cuando el motor se encuentra desenergizado.

3. Motor de Velocidad Variable

Este tipo de motor presenta tres elementos esenciales que accionan juntos para

operar una Unidad de Bonbeo Mecánico., de acuerdo a las necesidades del pozo son:

1. Acoplamiento magnético entre el motor y la flecha motriz de la unidad de fuerza.

2. Controles electrónicos ajustables de velocidad para la carrera ascendente y la carrera

descendente de la Unidad de Bombeo Mecánico dentro del mismo ciclo.


23

3. Sistema de retroalimentación que monitorea el motor y sus salidas, ajustándolas para

mantener más eficientes los niveles de operación.

Por estos elementos, el motor de velocidad variable se operará primero y después el

embrague, esto permite que la flecha reciba el esfuerzo con una velocidad constante del

motor; posteriormente se le da la velocidad adecuada de bombeo, ya sea en la carrera

ascendente o descendente y aumentando o disminuyendo las emboladas por minuto de

acuerdo a la producción del pozo.

4. Sistema de retroalimentación que monitorea el motor y sus salidas, ajustándolas para

mantener más eficientes los niveles de operación.

1.3 CONEXIONES SUPERFICIALES

Las conexiones superficiales tienen la función de conducir los hidrocarburos

producidos por el pozo a la línea de descarga y por ende, hasta la ba tería de

separación; todas ellas deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/plg2,

elaboradas en tubería de 2” efectuando corte y cuerda a fin de adecuarlas a las

longitudes necesarias; debido a que las dimensiones varían de acuerdo a cada

instalación, generalmente serán elaboradas al momento de ser instaladas en un

pozo de reciente conversión al sistema de bombeo mecánico. Cuando se trate de un

reacondicionamiento se instalarán las mismas conexiones superficiales que tenía el

pozo antes de la intervención con el equipo de terminación y reparaciones de pozos

Dos accesorios superficiales (varilla pulida y mordaza), tienen la función de

transmitir el movimiento alternativo a la sarta de varillas de succión; otros dos

accesorios (Estopero y Preventor) tienen la función de dar seguridad, a fin de

evitar derrames de hidrocarburos al medio ambiente y las válvulas de retención o

check cuya función es dejar pasar los fluidos en una sola dirección, evitando su

regreso al interior del pozo y así en superficie, se complementa el ciclo ideal de

bombeo.


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FIG.11 ESQUEMA DEL ÁRBOL DE

VÁLVULAS Y CONEXIONES

SUPERFICIALES



25

1.4 Partes Principales

Nomenclatura de Accesorios y Conexiones Superficiales

ACCESORIOS

1.- Varilla Pulida de 1 ½” .

2.- Grampa para varilla pulida de 1 ½” con uno, dos o tres tornillos

dependiendo la profundidad del pozo.

3.- Estopero, con hules para varilla pulida de 1 ½” y rosca inferior estándar

de 3” macho.

4.- Preventores con roscas de 3” con conexión hembra en un extremo y

conexión macho en el otro, roscas “v” estándar.

CONEXIONES

5.- Tee de 3” , de acero al carbón 3000 lbs/plg2, rosca estándar.

6.- Brida colgadora de 6” de diámetro exterior, rosca macho superior de 3” .

Rosca hembra inferior de 2 7/8” hembra, roscas estándar.

7.- Válvula lateral de tubería de revestimiento de 2” 3000 lbs/plg2 bridada.

8.- Válvula de 2” 1000 lbs/plg2, rosca hembra en los extremos, estándar.

9.- Tee de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.

10.- Reducción botella de 2” a ½” , rosca estándar.

11.- Válvula de aguja de ½” 5000 lbs/plg2, rosca estándar.

12.- Válvula check de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.

13.- Codo de 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.

14.- Tuerca unión de golpe 2” 1000 lbs/plg2, rosca estándar.

15.- Válvula de flote de 2” 1000 lbs/plg2, bridada o roscada.

16.- Reducción botella de 3” x 2” rosca estándar.

17.- Niple de 2” para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estándar.

18.- Niple de ½” para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estándar.


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FIG.12 ÁRBOL DE VÁLVULAS Y

CONEXIONES SUPERFICIALES



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Acero forjado y tratado

térmicamente

Probada a 35000 lbs.

Máxima carga

recomendada 25000 lbs


térmicamente


Máxima carga



térmicamente


Máxima carga


MORDAZAS

Este dispositivo, mostardo en la figura 13, sirve para sujetar la varilla pulida

por apriete. Se coloca en forma permanente cuando se le ha dado el espaciamiento

adecuado a la bomba subsuperficial para que la Unidad de Bombeo Mecánico

quede operando en condiciones normales después de que se efectúo una

intervención a un pozo con el equipo de Reparación y Terminación de.Pozos.

También se utiliza para movimientos que se efectúan con la sarta de

varillas, ya sea para eliminar un golpe en la bomba subsuperficial, sacar un

registro dinamométrico o reanclar una bomba. Cuando las mordazas quedan

permanentes se apoyan sobre el elevador o block cargador y junto con el cable

colgador soportan todo el peso de la sarta de varillas y el peso del fluido. Estas

mordazas pueden usar uno, dos o tres tornillos para el apriete, incrementándose la

seguridad con el número de los mismos. Es recomendable el uso de mordazas con

menos tornillos para pozos someros, conforme aumenta la profundidad es

preferible la utilización de mordazas con mayor número de tornillos.




FIG.13 TIPOS DE MORDAZAS JOHNSON-

FAGG



28

VARILLA PULIDA

Es la unión directa entre la sarta de varillas de succión y el equipo

superficial, pasa a través de las conexiones verticales del árbol. El diámetro

utilizado en el Activo de Producción Poza Rica es de 1 ½” . Está fabricada en

acero aleado al manganeso, níquel y molibdeno. Superficialmente, la varilla pulida

tiene acabado espejo con el propósito de no dañar los sellos del estopero fijo al

árbol de válvulas en el movimiento ascendente y descendente de la Unidad de

Bombeo Mecánico. En la figura 14 se representa una varilla pulida.




FIG.14 VARILLA PULIDA



29

ESTOPERO

Mecanismo de seguridad que se localiza en la parte superior del árbol de

válvulas para pozos con sistema de bombeo mecánico, sobre la TEE de 3”Ø y cuya

función principal es la de contener los fluidos para que no se manifiesten a su

exterior por medio de un conjunto de sellos construidos con mate riales resistentes

al rozamiento, los cuales se van a ajustar al diámetro de la varilla pulida de 1 ½”

Ø, cuando ésta tenga un movimiento ascendente o descendente proporcionado por

la Unidad de Bombeo Mecánico; debido a este movimiento, los sellos sufren

desgaste por lo que es necesario sustituirlos periódicamente y solamente se pueden

cambiar con la Unidad de Bombeo Mecánico inoperante.

En la actualidad se han diseñado estoperos provistos de un mecanismo de

preventor con la finalidad de mejorar su función dentro de los mecanismos de

seguridad en el árbol de bombeo mecánico. Los estoperos más utilizados en el

Activo de Producción Poza Rica son:

Estopero preventor Hércules DPSB

Estopero preventor Ratigan 176

En las figuras 15 y 16, respectivamente, se muestran estos dos tipos de

estoperos.




FIG.15 ESTOPERO PREVENTOR HÉRCULES

DPSB


Conos selladoresdel estopero

Sellos del preventor

Tornillos delpreventor

Estopero

Preventor


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FIG.16 ESTOPERO PREVENTOR RATIGAN

176


PREVENTORES

Son mecanismos de seguridad que han sido diseñados para impedir, en caso

necesario, el paso de fluidos al exterior. Sólo se pueden accionar cuando la Unidad

de Bombeo Mecánico no está operando, debido a que en su interior tiene unos

sellos de hule llamados “Rams”, que aprietan a la varilla pulida para sellar y evitan

el paso del hidrocarburo.

En el caso del preventor doble “E” LP-15, los sellos de hule, pueden sellar

aún sin varilla pulida debido a que tienen un rango de diámetros de 0 a 1 ½” . Los

preventores son vitales para cambiar los sellos del estopero colocado en la parte

más alta del árbol; y para evitar la salida del hidrocarburo a la atmósfera, cuando

por alguna rotura de la varilla pulida ésta se precipite al interior del pozo junto con

las sarta de varillas. En este percance el preventor ideal es el doble “E” LP -15.

Estos mecanismos están instalados en el árbol de válvulas para bombeo

mecánico, sobre la brida colgadora. Las marcas de preventores más utilizadas en el

Activo de Producción Poza Rica son: doble “E” LP -15, ratigan 212 y Hubber

Hércules 530. En las figuras 17, 18 y 19, respectivamente, se muestran todos estos

tipos de preventores.


31




FIG.17 PREVENTORDOBLE “E” LP -15





FIG.18 PREVENTOR RATIGAN 212



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FIG.19 PREVENTOR HÉRCULES 530


VÁLVULAS DE RETENCIÓN

El objetivo principal de este tipo de válvulas, comúnmente conocidas como

check, es el de permitir el paso de un flujo por una línea en una sola dirección,

impidiendo así, el regreso del fluido cuando se presenten contrapresiones altas.

Los tipos de válvulas de retención son:

De pistón

De charnela

En las figuras 20 y 21, respectivamente, se muestran estos tipos de válvulas.




FIG.20 VÁLVULA DE RETENCIÓN DE

PISTÓN



33




FIG.21 VÁLVULA DE RETENCIÓN DE

CHARNELA


El Reductor de Engranes

Su función es reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de

bombeo adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsión

máxima a la que estará sujeto el reductor de engranes, ya que el método del

Instituto Americano del Petróleo (API por sus siglas en inglés) usa la torsión

máxima como base para el rango de las unidades de bombeo. La designación del

Instituto Americano del Petróleo para una unidad es simplemente la torsión

máxima permisible en el reductor de engranes en miles de pulgadas-libras. Por

ejemplo: una unidad normada por el Instituto Americano del Petróleo tamaño 114,

tiene un rango de torsión máximo de 114,000 plg-lbs. El Instituto Americano del

Petróleo tiene estandarizados 16 rangos de torsión máxima, que varían desde 6.4

hasta 1’824,000 plg-lbs.

La polea del reductor de engranes es el elemento que recibe la potencia del

motor principal a través de bandas. La relación del diámetro de la polea del

reductor de engranes al diámetro de la polea del motor, y la reducción de velocidad

en el reductor de engranes, determinan la reducción total de velocidad del motor

principal hasta la varilla pulida. Los tamaños disponibles de poleas de la unidad y

el número y tipo de bandas que deben usarse, pueden determinarse de las

especificaciones del fabricante de unidades de bombeo.


34

1.5 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE BOMBEO

Tipos de Bombas

Sus funciones son: admitir el fluido de la formación al interior de la tubería

de producción y principalmente elevar el fluido admitido hasta la superficie.

Las bombas subsuperficiales movidas por varillas se dividen en tres tipos:

a) Bombas de tubería de producción.

b) Bombas de inserción.

c) Bombas de tubería de revestimiento.

a) BOMBAS DE TUBERÍA DE PRODUCCIÓN

Las bombas de tubería de producción, por ser de un diámetro mayor, pueden

manejar volúmenes más grandes de líquidos que las bombas de inserción, sin

embargo, la carga de fluido sobre la unidad de bombeo no debe ser mayor.

La desventaja de estas bombas estriba en que el barril forma par te de la

misma tubería de producción, para efectuar alguna reparación o reposición de

partes es necesario extraer la tubería de producción completa; lo que significa una

operación más complicada, y por consiguiente, más costosa.

Un factor importante que debe tomarse en cuenta es el alargamiento de las

varillas por la carga de fluido, lo que se traduce en una disminución en la carrera

efectiva del émbolo, siendo más crítica a medida que aumenta la profundidad del

pozo.

Las bombas de tubería de producción operan mejor en pozos que tienen alto

nivel de fluidos y en donde la verticalidad del mismo haya sido comprobada.

b) BOMBAS DE INSERCIÓN

Se les denomina bombas de inserción porque el conjunto total de la bomba

(barril, émbolo y válvula estacionaria) que va conectado en el extremo inferior de

la sarta de varillas se inserta en un niple de asiento (zapata-candado) instalado en

la tubería de producción. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubería

de producción, ya que para hacer una reparación o sustitución de la bomba no es

necesario extraer la tubería de producción. La bomba de inserción se desancla y se

extrae con la sarta de varillas. Este tipo de bomba es el que más se utiliza en el

Activo de Producción Poza Rica, y se muestra en la figura 22.


35




FIG.22 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE

INSERCIÓN


CAMISA DE LA BOMBA

NARIZ DE ANCLAJE

VÁLVULA DE PIE

VÁLVULA VIAJERA

ÉMBOLO O PISTÓN

MANDRIL DE COPAS

VÁLVULA GUÍA DE LAVARILLA DEL ÉMBOLO

CANDADO CONECTOR

VARILLA DE SUCCIÓN

COPAS O SELLOS

EXTENSIÓN SUPERIOR

EXTENSIÓN INFERIOR

SELLO BABBITT


36

c) BOMBAS DE TUBERÍA DE REVESTIMIENTO

Este tipo de bombas son sólo una versión más grande de las bombas de

inserción.

Materiales Utilizados en la Fabricación de la Bomba

Cualquier bomba subsuperficial, movida por varillas, está constituida de los

siguientes elementos esenciales:

1) Barril de trabajo.

2) Émbolo.

3) Válvulas.

Los costos de producción de aceite se incrementan notablemente por fallas

frecuentes de la bomba subsuperficial, tanto por los costos de extracción del

equipo como por la producción diferida. Por esta razón, es de primordial

importancia que de acuerdo con las condiciones del pozo, se seleccione

correctamente el tipo de bomba por usar, tomando en cuenta las características de

los materiales utilizados en su fabricación.

1) BARRIL DE TRABAJO

Materiales utilizados en su construcción

HI-BRIN. Diseño para pozos con alto contenido de arena y gas sulfhídrico. Se

fabrica utilizando un proceso de endurecimiento denominado “nitrocicle”.

NITRELINE. Barril construido para alta resistencia mecánica y alta resistencia

a la corrosión. Lleva el mismo proceso de endurecimiento que el anterior

(“proceso nitrocicle”). Uso general.

HI-HARD. El barril se fabrica con un contenido de cromo del 5% y con el

proceso de endurecimiento “nitrocicle”. Proporciona alta resistencia a la

abrasión y a la corrosión por CO2.

KROM-I-DEE. El barril lleva una capa de endurecimiento de cromo

proporcionándole alta resistencia a la abrasión y a la corrosión. Se recomienda

usarlo en pozos que producen arena y CO2.

SILVERLINE. Este barril se recomienda usarlo en pozos con fluidos no

corrosivos y en donde la arena no sea un problema serio.

2) ÉMBOLO

Existen dos tipos de émbolo: metal a metal o de empaque suave. Los

émbolos metal a metal se fabrican con superficie lisa o ranurada.


37

Aparentemente no existe ninguna diferencia en utilizar un émbolo de

superficie lisa o de superficie ranurada.

Una posible ventaja del émbolo ranurado sobre el émbolo liso es que una

partícula sólida puede alojarse mejor en la ranura del émbolo evitando que se raye.

Un aceite de baja viscosidad (de 1 a 20 cp) puede bombearse con un émbolo

metal a metal y con un ajuste de –0.001 plg.

Un aceite de alta viscosidad (más de 400 cp) que probablemente lleve arena

en suspensión, puede manejarse con un émbolo metal a metal con un ajuste de –

0.005 plg.

Los émbolos con empaquetadura suave pueden ser con copas o con anillos.

En pozos con profundidades mayores de 7000 pies se usan émbolos metal a metal.

Materiales utilizados en su construcción:

CO-HARD. Émbolo resistente a la corrosión y a la abrasión.

SUPER HARD. Hierro-níquel. Resistente a la corrosión de H2S.

ACERO CON RECUBRIMIENTO DE CROMO. Altamente resistente a la

corrosión por CO2 y a fluidos arenosos.

ÉMBOLOS CON EMPAQUE SUAVE. Son resistentes a la corrosión por CO 2 y

H2S. Se recomienda usarlos a profundidades menores de 5000 pies.

ÉMBOLOS DE COPAS. Se recomienda usarlos para bombeo de aceite y agua

con bajo contenido de arena. Las copas se expanden en la carrera ascendente

por la diferencia de presión y se contraen en la carrera descendente

disminuyendo la fricción con el barril. La dureza del material, así como el

número de copas deben seleccionarse de acuerdo con la profundidad de la

bomba.

ÉMBOLOS DE ANILLOS. Constan de las mismas partes que el émbolo de

copas, sólo que los anillos son flexibles y los espaciadores son en forma de

“L”. Los anillos son de hule resistente al aceite.

ÉMBOLO CON COMBINACIÓN DE COPAS Y ANILLOS. Se recomienda

usarlo para la limpieza de pozos sucios o después de un fracturamiento. Es muy

efectivo para bombear fluidos que contienen granos de arena tan fina que no

pueden ser retenidos por empaques de grava o cedazos.


38

ÉMBOLO CON VÁLVULA SUPERIOR. Se usa en pozos profundos cuyo

contenido de gas sea muy bajo.

ÉMBOLO CON VÁLVULA DE FONDO. Se usa en pozos gaseosos colocando

la válvula viajera lo más cercano a la válvula de pie, para evitar el candado de

gas.

ÉMBOLO CON VÁLVULA EN LA PARTE SUPERIOR Y EL FONDO. Este

arreglo combina las ventajas descritas con los dos émbolos anteriores.

3) VÁLVULAS

a) Válvula de pie (de entrada).- Su función, en el ciclo de bombeo, consiste en

admitir los fluidos producidos por el pozo durante la carrera ascendente y evitar

el regreso de los mismos hacia el espacio anular en la carrera descendente.

b) Válvula viajera (de salida).- Su función, en el ciclo de bombeo, consiste en

desalojar los fluidos hacia la superficie durante la carrera ascendente y durante

la carrera descendente permitir el paso del fluido alojado en la camisa de la

bomba a través del mismo al punto muerto inferior, dando inicio a un nuevo

ciclo de bombeo.

Materiales utilizados en su construcción:

La stellita y el carburo de tungsteno son materiales apropiados cuando los

fluidos del pozo son altamente corrosivos debido a la presencia de ácido

sulfhídrico (H2S) o bióxido de carbono (CO2) y cuando se maneja mucha arena,

ya que estos materiales son muy resistentes a la abrasión.

Principio de Funcionamiento de una Bomba Subsuperficial y el Ciclo de

Bombeo

En términos generales el ciclo de bombeo se desarrolla de la siguiente forma:

Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajera

por el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite del

pozo, llenando la camisa de la bomba.

Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la

camisa de la bomba hacia arriba, llenando el interior del émbolo, y cerrando la

válvula de pie que impide que se regrese el aceite al pozo.

El émbolo es accionado desde la superficie por una Unidad de Bombeo

Mecánico, por medio de la varilla pulida y las varillas de succión, de manera que


39

al levantar el émbolo desaloja hacia la superficie un volumen de aceite igual al

contenido en la camisa de la bomba, cuyo volumen va a ser igual al producto del

área de la sección transversal interior de la camisa, multiplicado por la carrera del

pistón, aproximadamente, ya que siempre se tiene alguna presencia de volumen de

gas en el fluido procedente del yacimiento.

El número de emboladas por minuto, dependerá de los cálculos que se hagan

de las condiciones del pozo, tanto en capacidad de producción como profundidad

del mismo, ya que unas veces estará limitada esa velocidad por la recuperación del

yacimiento, falta de aceite y otras por la profundidad del pozo.

Ciclo ideal de Bombeo

Este ciclo se representa en la figura 23, y se desarrolla de la siguiente forma:

1. En el Punto A, la válvula viajera cierra y se inicia la carrera ascendente del

pistón.

2. Del Punto A al Punto B la carga de fluido es transferida de la tubería de

Tubería de Producción, a la sarta de varillas de succión.

3. En el Punto B la válvula estacionaria abre y permite la entrada de fluidos del

pozo a la cámara de compresión de la bomba.

4. De punto B al punto C la carga de fluido es elevada por el émbolo, al mismo

tiempo que se está llenando la cámara de compresión.

5. En el Punto D se inicia la carrera descendente y cierra la válvula estacionaria,

la válvula viajera permanece cerrada.

6. En el Punto E, abre la válvula viajera y la carga es transferida de la sarta de

varillas a la tubería de producción.

7. Del Punto E al punto F, se desplaza el fluido de la cámara de compresión a la

Tubería de Producción.

8. Se repite el ciclo.


40




FIG.23 CICLO IDEAL DE BOMBEO


1.6 SARTA DE VARILLA DE SUCCIÓN

La función de la sarta de varillas de succión es: transmitir el movimiento de

bombeo superficial y la potencia a la bomba subsuperficial. También incluye, si es

necesario, la sarta de tubería de producción, dentro de la que operan las varillas de

succión, la cual conduce hasta la superficie los fluidos bombeados.

Las varillas de succión disponibles en el mercado son de cinco diferentes

diámetros estándar. Su diseño consiste esencialmente en determinar la sarta más

ligera, y por lo tanto, la más económica, que pueda utilizarse sin exceder el

esfuerzo de trabajo de las propias varillas.

El máximo esfuerzo de trabajo para las varillas depende de su composición

química y propiedades mecánicas, además de la naturaleza del fluido bombeado, es

decir, si éste es o no corrosivo. Como regla general, es deseable mantener el

esfuerzo de las varillas por debajo de las 30000 lbs/plg2, sin embargo, la

experiencia en diferentes áreas productoras puede indicar límites menores.


41

Cuando las bombas están colocadas a profundidades mayores de 3500 pies,

generalmente es recomendable usar sartas telescopiadas, es decir, consistentes en

diferentes diámetros de varillas. Las varillas de diámetro más pequeño se colocan

en el fondo de la sarta, inmediatamente arriba del émbolo, ya que la carga en las

varillas es más grande. A profundidades menores de 3500 pies, donde la carga en

las varillas es más grande, se emplean varillas de diámetros mayores, es to resulta

que la carga en las varillas sea grande, ya que una varilla de mayor diámetro pesa

más que una de menor diámetro. Este arreglo resulta con una carga más pequeña en

el equipo superficial, que la que se obtendrá con una sarta de telescopiada y

representa un ahorro en el costo de las varillas de succión.

Límite de Inversión de Esfuerzo sobre la Varilla Pulida

Se ha asumido la ley de Hooke para determinar el límite elástico en las

sartas, esto es para cuando el esfuerzo de tensión aplicado da como resultado la

deformación (elongación) de la sarta; el esfuerzo de tensión al cual esta falla

ocurre es cuando el material llega a su límite elástico.

El límite elástico no puede ser usado convencionalmente, sin embargo,

puede ser usado como un criterio para establecer el esfuerzo de tensión máximo de

trabajo permisible de la sarta, entonces se repite el ciclo de transmisión de

esfuerzo de cargas en las varillas dando como resultado la fatiga y falla de las

mismas, lo cual ocurre generalmente abajo del límite elástico.

Podemos considerar el límite de la duración, al máximo esfuerzo de tensión

cuando puede ser aplicado para un número infinito de cargas o esfuerzos de tensión

de inversión. Sin embargo, se ha determinado el límite de la duración de un

material, el cual, obviamente, no puede hacerse para soportar un número infinito

de cargas. Para el acero, el límite de duración puede ser tomado como un

máximo esfuerzo de tensión, el cual permite 10’000,000 (diez millones) de

inversiones antes de que falle el material.

El límite de duración de la sarta depende de:

Los componentes que presenta el acero (carbón, manganeso, silicón, níquel,

cromo y molibdeno).

Los agentes corrosivos que se presentan en los fluidos del pozo (ácido

sulfhídrico, bióxido de carbono, oxígeno).

El rango de esfuerzos de tensión en las varillas.


42

Características del acero de las varillas de succión

El principal componente de la sarta de varillas de succión es el acero.

Muchas varillas contienen arriba del 90% de acero en su composición, pero esto

les da una consistencia suave y débil, por lo que es recomendable agregar otros

elementos para proporcionar al acero la fuerza necesaria que debe tener, así como

otras propiedades. Los diferentes materiales que pueden ser agregados para lograr

una cierta aleación con acero son los siguientes:

Carbón.- Este elemento es agregado para incrementar la fuerza, la dureza y la

susceptibilidad para tratamiento con calor, sin embargo, al incrementarse el

contenido de carbón la resistencia a la corrosión, la ductibilidad y el impacto a

la resistencia tienden a decrecer.

Manganeso.- Hace al acero menos quebradizo y actúa como un desoxidante

para reducir la formación del óxido de acero, el cual tiende a debilitar la

aleación. Algunas varillas contienen arriba del 1% de manganeso.

Silicón.- Es muy parecido al manganeso, es útil como un desoxidante en la

refinación de aceros de alto grado. Algunas varillas contienen alrededor de 0.15

al 0.35% de este elemento.

Níquel.- Es agregado para combatir las condiciones corrosivas encontradas en

los pozos de aceite, también tienen un efecto de endurecimiento sobre el acero

para evitar la disolución del fierro.

Vanadio.- Incrementa el endurecimiento del acero aún cuando se presente en

pequeñas cantidades, fomenta una estructura granular buena y retarda el

ablandamiento del acero cuando se somete a altas temperaturas.

Cobre.- Es agregado para resistir los ambientes corrosivos. Los aceros que

contienen más del 0.6% de cobre tienen una tendencia muy pronunciada hacia

el endurecimiento precipitado.

Boro.- Es usado para incrementar el endurecimiento del acero, es muy

poderoso y únicamente se agrega en porcentajes del 1%.

Cromo.- Contribuye al endurecimiento del acero y mejora la resistencia a la

corrosión del acero en el aire y en otros medio-ambientes, aunque el níquel es

más efectivo.

Molibdeno.- Es uno de los agentes más potentes que se agrega como elemento

de aleación, aunque no es tan efectivo como el carbón, es un refuerzo en la

sarta de varillas para evitar su respuesta al tratamiento con el calor.

Clases de varillas

Clase K.- Son varillas de níquel-molibdeno. Son resistentes a la corrosión y

su resistencia mínima a la tensión es de 82000 lbs/plg2.

Clase C.- Son varillas de aleación carbón-manganeso. Son para trabajo

pesado y medio; su inhibición contra la corrosión es muy efectiva, su

resistencia mínima a la tensión es de 90000 lbs/plg2. En la mayoría de los

pozos se utiliza este tipo de varilla.


43

Clase D.- Son varillas de aleación níquel-cromo-molibdeno. Su resistencia

mínima a la tensión es de 115000 lbs/plg2. Estas varillas se utilizan donde

las varillas tipo C quedan en punto crítico, generalmente para pozos de alta

producción y que no manejen ácido sulfhídrico. Este tipo de varilla es el

más usual en el Activo de Producción Poza Rica.

La sarta telescopiada que se utiliza en el activo de Producción Poza Rica

está compuesta por diámetros de 1”, 7/8”y ¾”. Las varillas que componen

una sarta del tipo empleado en el Activo de Producción Poza Rica, se

muestran en la figuras 24.

Debido a su diámetro, las varillas de succión tienen el siguiente peso:

Para varillas de ¾” su peso es de 1.63 lbs por pie.

Para varillas de 7

/8” su peso es de 2.16 lbs por pie.

Para varillas de 1” su peso es de 2.88 lbs por pie.

Todas las varillas miden 25 pies de longitud.




FIG.24-A VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE

DE 3/4”


Varillas de bombeo API

Acoplamiento de varilla de bombeo


44




FIG.24-B VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE

DE 7/8”





FIG.24-C VARILLA DE SUCCIÓN Y COPLE

DE 1”



45

1.7 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN Y ACCESORIOS PARA BOMBEO

MECÁNICO

La tubería de producción es aquella por la cual se conducen los líquidos y

gases producidos por el pozo hasta la superficie, tanto en pozos fluyentes como en

pozos con sistema artificial de explotación.

En pozos fluyentes, el diámetro menor de la tubería de producción permite

una elevación más eficiente utilizando la expansión del gas extraído con el aceite.

En pozos con sistema artificial de bombeo neumático, también el diámetro

menor es recomendable para elevar la columna de aceite con la expansión del gas

inyectado a la tubería de producción a través de una válvula operante de un aparejo

para bombeo neumático, instalado en unos mandriles y distribuidos de acuerdo a

un diseño en la misma tubería de producción.

En los pozos con sistema artificial movidos por varillas como el bombeo

mecánico y de cavidad progresiva, la sarta de varilla se instala en el interior d e la

tubería de producción; el diámetro varía de acuerdo al diámetro de la bomba y por

ende de la producción.

En los pozos con el sistema de cavidad progresiva, el movimiento de las

varillas va a ser rotatorio y se aplica en pozos de profundidad somera (3000 pies) y

verticales.

En los pozos con bombeo mecánico el movimiento de las varillas va a ser

reciprocante. Es aplicable en pozos de profundidad somera y de mayor

profundidad.

En todos los casos anteriores, la tubería de producción debe tener un sel lo

hermético, ya que en caso de tener alguna fuga considerable repercute en el buen

funcionamiento del sistema artificial, dejando, a veces, hasta de fluir cuando las

fugas se presentan en la parte superior del nivel dinámico y en pozos fluyentes una

reducción en la producción.

Otras de las funciones de la tubería de producción es la de proteger la

tubería de revestimiento con un empacador, evitando el paso de fluidos corrosivos

al espacio anular, ya sea producidos por el pozo o inyectados al mismo por

estimulaciones con ácido, fracturas con arena o ácidos.

Las presiones altas que podrían dañar a la tubería de revestimiento son

manejadas a través de la tubería de producción, ya que ésta es probada en las

intervenciones con equipo de terminación y reparación de pozos a una presión de

3000 lbs/plg2, y en algún caso hasta 5000 lbs/plg

2, su presión de trabajo va a ser

menor del 50% de la prueba. La tubería de producción, normalmente se presenta


46

en diámetros de 2 3/8”, 2

7/8” y 3 ½”; en el Activo de Producción Poza Rica el

diámetro de tubería más usual es de 2 7/8”.

En el diseño de instalación de bombeo mecánico, la tubería de producción se

instala con 2 mecanismos: ancla mecánica y empacador. En ambos casos la tubería

de producción va tensionada para darle un buen desplazamiento a la sarta de

varillas, disminuyendo el desgaste por fricción, tanto en la tubería como en la sarta

de varillas y aumentando la carrera efectiva del pistón.

ACCESORIOS DE LA TUBERÍA DE PRODUCCIÓN CON BOMBEO

MECÁNICO

En el sistema artificial de Bombeo Mecánico se utilizan dos tipos de equipo

subsuperficial con distintos accesorios los cuales se muestran en la figura 25 y son:

a) Con Ancla Mecánica

b) Con Empacador

El ancla mecánica es un mecanismo que va alojado a determinada

profundidad del pozo en la sarta de Tubería de Producción, ligeramente debajo de

la bomba. Este mecanismo no lleva hules como el empacador, por esto existe

comunicación entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción. Su

objetivo principal es sujetar la tubería de producción ya tensionada. Esto hace que

en el ciclo de bombeo no se mueva la Tubería de Producción, y así aumenta la

eficiencia de la bomba por no disminuir la carrera efectiva del pistón. Si la Tubería

de Producción no tiene movimiento, entonces disminuye el desgaste de las varillas.

El diseño con ancla mecánica por lo regular se instala en pozos que todavía

conservan buena presión de fondo. Esta presión evita que el fluido utilizado en una

circulación inversa para el lavado de la bomba, se pierda en la formación, y así se

efectúa una circulación franca y por ende un lavado efectivo de la bomba.

El diseño con ancla mecánica consta básicamente de:

1. Varillas de succión.

2. Bomba subsuperficial.

3. Tubo barril con niple sello y zapata candado.

4. Separador de gas.

5. Ancla mecánica.

El empacador es un mecanismo que en el diseño de la Unidad de Bombeo

Mecánico va a cumplir con el mismo objetivo del ancla mecánica, tener tensionada

la tubería de producción, con la diferencia que el empacador lleva

hules que no permiten la comunicación entre la Tubería de Producción y la Tubería

de Revestimiento y esto hace que los fluidos producidos por el pozo fluyan

solamente por la Tubería de Producción.


47

En el bombeo mecánico se utilizan para aislar una probable rotura en la

Tubería de Revestimiento y en pozos con formación muy depresionada para poder

garantizar una circulación inversa en el lavado de la bomba subsuperficial.




FIG.25-A DISEÑO CON ANCLA MECÁNICA


TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie

TP 2 7/8” 8hrr

N S

Z. CAND.

A MEC

Bomba H.F. 2 1/2” X1 3/4” X 24”

B L N C

TR 6 5/8” N.8024-28 lbs/pie

Zona de Disparos

Varilla de succión

TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie

TP 2 7/8”

N. de Sellos 2 7/8”

Zapata candadoNiple ventana

C.T. CiegoNiple ventana

Z. Conectora

EMP. SEMIPERM.

N.A C/VEMP. 415-01

Zona de Disparos

Varilla de succión

B Trico 2 1/2” X 1 3/4” X 22”


48

El diseño con empacador consta básicamente de:

1. Varillas de succión.

2. Bomba subsuperficial.

3. Tubo barril con niple sello y zapata candado.

4. Niple ventana con tapón ciego.

5. Niple ventana.

6. Zapata conectora.

7. Empacador semipermanente.

8. Niple de asiento con válvula de pie.




FIG.25-B DISEÑO CON EMPACADOR


TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie

TP 2 7/8” 8hrr

N S

Z. CAND.

A MEC

Bomba H.F. 2 1/2” X1 3/4” X 24”

B L N C

TR 6 5/8” N.8024-28 lbs/pie

Zona de Disparos

Varilla de succión

TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie

TP 2 7/8”

N. de Sellos 2 7/8”

Zapata candadoNiple ventana

C.T. CiegoNiple ventana

Z. Conectora

EMP. SEMIPERM.

N.A C/VEMP. 415-01

Zona de Disparos

Varilla de succión

B Trico 2 1/2” X 1 3/4” X 22”

UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA II

49

2.0 CONCEPTOS FUNDAMENTALES PARA LA SELECCIÓN DE

UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO

A continuación se presentan los conceptos fundamentales cuyo objetivo es

facilitar la comprensión básica de los principios en que se fundamenta el sistema

de bombeo mecánico.

2.1 PRINCIPIO DE FLOTACIÓN O DE ARQUÍMEDES

El principio de flotación es una consecuencia de las leyes de la mecánica de

fluidos. Cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido

(líquido o gas) en reposo, el fluido ejerce una presión hidrostática proporcional a

la profundidad de cada punto que esté en contacto con el fluido, las presiones

ejercidas sobre las caras laterales se neutralizan mutuamente, en cambio, la presión

es mayor en las partes sumergidas a mayor profundidad que la presión ap licada

sobre la cara superior del cuerpo. Lo resultante de todas las fuerzas es una fuerza

de flotación, esta fuerza actúa verticalmente hacia arriba y es llamada el empuje

sobre el cuerpo sumergido.

La magnitud y el sentido de esta fuerza de flotación puede encontrarse de la

siguiente manera: la presión sobre cualquier parte de la superficie del cuerpo,

independientemente del material del que esté hecho, suponiendo que el cuerpo o

una parte de él está sumergido, se reemplaza por un fluido igual al que lo rodea,

este fluido experimentará la presión que actuaba sobre el cuerpo sumergido y

permanecerá en reposo, por lo que la fuerza de flotación que actúa en sentido

ascendente en el cuerpo, será igual a su peso y actuará verticalmente hacia arriba a

través de su centro de gravedad, de aquí se determina el principio de flotación o de

Arquímedes el cual dice:

“Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido recibe un

empuje vertical ascendente con una fuerza de flotación que es igual al peso del

fluido desalojado por dicho cuerpo”.

Una vez determinada la fuerza de flotación y según su magnitud se tiene lo

siguiente:

a) Cuando el peso del cuerpo es menor que el empuje ascendente y se encuentra

en el fondo, el cuerpo sube a la superficie y flota, es decir , desaloja menor

cantidad de líquido que su volumen.

b) Cuando el peso del cuerpo es igual al empuje ascendente, el cuerpo queda en

equilibrio dentro del líquido.

c) Cuando el peso del cuerpo es mayor que el empuje ascendente, éste se hunde

pero aparentemente disminuye su peso.


50

2.2 PATRÓN TÍPICO DE CARGAS EN LA VARILLA PULIDA DURANTE

EL CICLO DE BOMBEO

Todos los sistemas de bombeo mecánico que operan a una velocidad finita,

tienen como característica común el patrón típico de cargas, dividido en cuatro

zonas de movimiento, los cuales se muestran en la figura 26, eliminando los

efectos de las fuerzas de fricción y armónicas.

Iniciando en el fondo de la carrera de la varilla pulida y moviéndose hacia

arriba, se tiene:

Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de varillas y fluido se

levantan del fondo con máxima aceleración. Esta zona se extiende desde

el fondo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente.

En esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a la carga

estática de la masa de varillas y fluido. Debido a que la máxima

aceleración hacia arriba ocurre en esta zona, normalmente el producto

de la carga compuesta de varillas y fluido por la máxima aceleración, da

como resultado la carga pico o carga máxima en la varilla pulida.

Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se extiende desde cerca del punto

medio hasta el tope de la carrera. En esta zona, aún se tiene la máxima

masa de varillas y fluido, pero se está desacelerando; consecuentemente,

el componente de inercia de la masa de varillas y fluido se está restando

del total del peso estático.

Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera descendente, desplazándose

hacia abajo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera. En esta

zona únicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el

componente de inercia. Normalmente es en esta zona donde ocurre la

máxima aceleración hacia abajo.

Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la carrera descendente y se

extiende hasta el fondo de la carrera. En esta zona las varillas flotando

se desaceleran en su preparación para detenerse en el fondo de la

carrera, entonces, el componente de inercia se suma al peso de las

varillas.


51




FIG.26 PATRÓN TÍPICO DE CARGAS


Todo lo anterior es una simplificación de un tema complejo, debido a que se supuso

una masa no elástica de varillas y de fluidos, considerando inercia simple y despreciando

las fuerzas de fricción y armónicas que están involucradas.

Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo

dividido en cuatro zonas de movimiento.

Esta simplificación en la práctica, no es completamente verdadera, debido a

que en una columna elástica de varillas y fluido, las fuerzas armónicas

constantemente se suman y restan a las fuerzas estáticas y de inercia, de tal forma,

que las cargas exactas en la varilla pulida pueden calcularse únicamente utilizando

modelos matemáticos complejos.

FONDO DE LA CARRERA

TOPE DE LA CARRERA

CARRERA

DESCENDENTE

CARRERA

ASCENDENTE

I

II III

IV

WrWf 0

WrWf 0

Wr 0

Wr 0

0O

90O

180O 180O

270O

360O

a= MáxV= 0

a= 0V= Máx

a= MáxV= 0


52

En un pozo con bombeo mecánico de profundidad somera a media, donde

las cargas de varillas y fluido actúan como una masa concentrada, el patrón típico

de cargas se considera aproximadamente verdadero. En pozos profundos, aunque

dicho patrón puede ser verdadero en muchos casos, hay ocasiones en que las

fuerzas armónicas modifican las cargas básicas de inercia y estáticas para producir

un desplazamiento de fuerzas con un patrón de comportamiento muy complejo. Sin

embargo, en cualquiera de los casos, el concepto de las cuatro zonas es muy

importante para entender apropiadamente el desplazamiento de las fuerzas en un

sistema de bombeo mecánico.

2.3 DIVISIÓN DE TRABAJO EN UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN

ARTIFICIAL

Prácticamente en todas las aplicaciones de bombeo mecánico el fluido se

extrae por la combinación de dos energías separadas:

1) Energía del yacimiento.

2) Energía suministrada por el sistema de producción artificial.

La porción de trabajo en el que un porcentaje es aportado por el yacimiento

y otro por el sistema de bombeo, cambia continuamente y, en ocasiones,

radicalmente. Por ejemplo: para un pozo en particular, supóngase que en un

momento dado, el 60% de la energía necesaria para elevar el flu ido y vencer la

fricción es proporcionada por el yacimiento, y que el 40% restante es

proporcionada por el sistema de producción artificial. Varias horas después, en el

mismo pozo, se bombea sin haber variado la velocidad de bombeo, ni la longitud

de carrera, y teniéndose además la misma cantidad de fluidos producidos, ocurre

exactamente lo contrario, es decir, 60% de la energía requerida es la contribución

del sistema de bombeo y el 40% es del yacimiento. De lo anterior se establece lo

siguiente: La energía requerida para elevar el fluido y vencer la fricción, es igual a

la energía proporcionada por el yacimiento, más la energía suministrada por el

sistema de producción artificial.

La carta dinamométrica tomada en la varilla pulida, registra con exactitud

cuánta energía proporciona la unidad de bombeo para elevar la columna de fluidos

y vencer la fricción en el instante de tomar la carta. Sin embargo, la energía que

proporciona el yacimiento se puede determinar únicamente si se tiene la

información para calcularla, como: nivel del fluido, la división de trabajo, presión

anular, etc.

Consecuentemente, si no se conoce la división de trabajo, es difícil evaluar

el verdadero comportamiento del sistema de bombeo mecánico.


53

2.4 GEOMETRÍA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO

La unidad de bombeo es un mecanismo que imparte movimiento

reciprocante a la varilla pulida. En la actualidad existen varios tipos de unidades

de bombeo. Los componentes en casi todas las unidades son los mismos, lo que

varía es el diseño.

Los diferentes tipos de unidades de bombeo se clasifican de acuerdo con la

distribución y localización de los elementos que integran el equipo superficial. De

acuerdo con esto se distinguen geometrías diferentes que se clasifican en:

a) CLASE I

b) CLASE III

a) CLASE I

Este tipo de unidades tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera

con apoyo a la mitad del balancín, está representada por la unidad convencional.

En la figura 27 se aprecia el apoyo (F) cerca del centro, el esfuerzo del motor

principal (E) aplicado en el extremo del balancín y la resistencia de la carga del

pozo (R) está aplicada en el extremo opuesto del balancín.

La unidad de bombeo convencional, ya sea con contrapesos en el extremo del

balancín, ha sido el tipo de unidad más usado en los campos petroleros. La

rotación de los contrapesos hace que el balancín pivotee sobre el eje del

rodamiento central, moviendo la varilla pulida hacia arriba y hacia abajo a

través de sus diferentes conexiones. Los contrapesos localizados en la

manivela, son bloques pesados de hierro fundido. Estos contrapesos pueden

moverse a lo largo de la manivela para producir mayor o menor efecto de

contrapeso.

b) CLASE III

Este tipo de unidad tiene el reductor de engranes colocado al frente y se

subdivide en las unidades Mark II y aerobalanceada. En la figura 28, se representa

una unidad Aerobalanceada en la que puede observarse que el esfuerzo (E) y la

resistencia (R) se aplican en el mismo extremo del balancín con relación al apoyo

(F) en el otro extremo.

Unidad aerobalanceada. Aparte de las ventajas de diseño y eficiencia que tiene

este tipo de unidad, tiene más aplicaciones, principalmente para el bombeo

profundo, en bombeo de altos volúmenes con carreras largas, en bombeo de crudos

pesados, etc. En muchos casos no hay más alternativa que el uso de estas unidades,

porque sería impráctico el uso de unidades con contrabalanceo rotativo aún en los

tamaños más grandes. Por ejemplo, la unidad convencional de mayor tamaño que

se construye hoy en día, es la C-1824D-365-192. En el tipo de unidad Mark II, la


54

más grande es la M-1824D-427-216. En cambio, la unidad aerobalanceada se

fabrica hasta el tamaño A-2560D-470-240. Esta unidad tiene 240 plg de carrera

máxima con un torque de 2’560,000 lbs-plg, o sea, casi el doble de capacidad de

torque que la más grande unidad Mark II.





CONVENCIONAL


R

E

F

ResistenciaApoyo

Esfuerzo


55





AEROBALANCEADA


Unidad Mark II. En la figura 29, se representa una Unidad de Bombeo

Mecánico Mark II en la que puede observarse que el esfuerzo (E) y la resistencia

(R) se aplican en el mismo extremo del balancín con relación al apoyo (F) en el

otro extremo. Esta es la llamada unidad con montaje frontal, en la cual se

distinguen las siguientes características de diseño:

a) El compensador, que está colocado directamente encima del reductor, se

desplaza hacia delante cerca de la cabeza del balancín. Esto produce una

carrera ascendente y descendente de 195º y 165º respectivamente.

Asimismo, la carrera ascendente de 195º reduce la aceleración cuando la

carga es máxima y, por lo tanto, se reduce la carga máxima en la varilla

pulida. Otra ventaja de colocar el compensador hacia delante, es que se

obtiene una ventaja mecánica al levantar la carga y se reduce la ventaja

mecánica durante la carrera descendente, es decir, el factor máximo de


56

torque durante la carrera ascendente se disminuye y durante la carrera

descendente se incrementa, debido a que el movimiento de la unidad Mark

II durante la carrera ascendente, es más lento que el de la unidad

convencional o de clase I. Este movimiento más lento, reduce la carga

máxima que soporta la Unidad de bombeo Mecánico ya que el movimiento

no es brusco, y que la carrera ascendente finaliza a los 1950

de rotación de

la manivela, mientras que la unidad de clase I lo realiza a los 1800, durante

la carrera descendente, la unidad clase III realiza su movimiento final con

los 1650

de rotación de la manivela restantes, haciéndola más rápida para

iniciar un nuevo ciclo.

b) Los contrapesos están colocados en forma descentrada (con un cierto

ángulo) en la manivela. Esto produce un torque de contrabalanceo que al

principio de la carrera ascendente se “retarda” del torque del pozo, por 7 ½º

aproximadamente. En forma similar, al inicio de la carrera descendente, el

torque de contrabalanceo queda “adelantado” aproximadamente 7 ½º.

Con las modificaciones anteriores, se consigue que la unidad trabaje igual

durante la carrera ascendente y descendente de la varilla pulida y al mismo tiempo

se reduzcan las carreras. Además, se obtiene un sistema de UNITORQUE que

produce una reducción del torque máximo requerido hasta en un 40%.

La carga descendente y la desaceleración más rápida de esta unidad, resulta

en una mayor carrera efectiva del émbolo. Esta característica requiere que en

muchas ocasiones se reduzca ligeramente la velocidad de bombeo, cuando la carga

mínima en la varilla pulida cae debajo de cero durante la inversión del movimiento

en el fondo de la carrera. La carrera descendente más lenta de la unidad

convencional, generalmente produce una menor carrera efectiva del émbolo.

La unidad Mark II reduce la carga máxima más de lo que reduce la carga

mínima, lo que significa que normalmente se tendrá un rango menor de cargas que

con la unidad convencional, lo que tiende a aumentar la vida de las varillas y a

reducir la pérdida de producción debido al menor mantenimiento por fallas de

varillas. Esto se reflejará en un ahorro en costos operacionales; otr a reducción que

se tiene en este tipo de unidades es en el costo de electricidad, ya que como la

demanda de torque es más uniforme, generalmente, se requiere el uso de un motor

más pequeño, el cual, si es eléctrico, requerirá menor energía.


57





MARK II


COMPARACIÓN DEL MOVIMIENTO ENTRE UNIDADES MARK II Y

CONVENCIONAL

Las diferentes distribuciones de palancas y localización del cojinete en el

balancín con relación a la flecha de la manivela, dan como resultado las distintas

geometrías. Para ilustrar la diferencia en la Figura 29 se presenta un modelo de

unidad clase III con el cojinete desplazado de la vertical con respecto a la flecha de

la manivela y otro modelo de unidad convencional, con el cojinete directamente

arriba de la flecha de la manivela.

Ambas unidades están en posición de iniciar la carrera ascendente.


58




FIG.30 COMPARACIÓN ENTRE

UNIDADES CLASE I Y CLASE III


En la figura 31, se aprecia que al iniciar la carrera ascendente, el

movimiento de la varilla pulida de la unidad Clase III se queda atrás de la unidad

convencional, dando por resultado una menor aceleración desde el fondo cuando se

está elevando la máxima masa de varillas y fluido. Esta aceleración reducida de la

primera unidad producirá, en la mayoría de los casos, una menor carga pico sobre

la varilla pulida en comparación con la producida por la unidad convencional. En

el caso de que la máxima carga pico soportada por la varilla pulida sea excesiva en

cualquiera de las unidades, la velocidad de bombeo debe reducirse.




FIG.31 REPRESENTACIÒN AL INICIO DEL

MOVIMIENTO ASCENDENTE



59

En la figura 32, a los 90° de rotación de la manivela, la unidad convencional

ha pasado su periodo de aceleración ascendente. A continuación reduce su

velocidad preparándose para detenerse en la parte superior de la carrera. La unidad

Clase III no iniciará su desaceleración hasta que haya pasado la marca de los 90°.




FIG.32 REPRESENTACIÒN DEL

MOVIMIENTO A LOS 900


A los 135° de desplazamiento de la manivela, en la figura 33 se observa que la

carrera de la unidad Clase III aún viene atrasada con respecto a la unidad

Clase I.








60

La unidad convencional alcanza la parte superior de la carrera a los 180°,

como se muestra en la figura 34, entonces empieza a descender. La unidad Clase

III no llegará al tope de la carrera ascendente hasta que la manivela se haya

desplazado 195° de rotación, que es el punto señalado en el círculo a la izquierda

de la biela.







En la figura 35, se muestra la unidad Clase III a los 225°, cuando ha

iniciado la carrera descendente. La unidad convencional ha realizado casi una

cuarta parte de su viaje en descenso. De manera que la unidad Clase III debe

acelerarse para alcanzar a la convencional al terminar el ciclo.








61

INICIO DE LA

CARRERA

ASCENDENTE

A los 270°, en la figura 36, se observa que la unidad Clase III ha rebasado la

carrera de la convencional y rápidamente empieza a reducir su velocidad.







En la figura 37 se puede apreciar que la longitud de la carrera de las dos unidades,

casi es la misma a los 315° de desplazamiento de la manivela.








62

Al complementarse el ciclo de la manivela, las dos unidades llegan

simultáneamente al fondo de la carrera descendente como se muestra en la figura

38.




FIG.38 REPRESENTACIÒN AL FINAL DEL

MOVIMIENTO


La carrera descendente y la desaceleración más rápida de la unidad Clase III

generalmente resulta en una mayor carrera efectiva del émbolo de la bomba en el

fondo del pozo. Esta característica requiere que en muchas ocasiones se reduzca

ligeramente la velocidad del bombeo, cuando la carga mínima en la varilla pulida

cae debajo de cero durante la inversión del movimiento en el fondo de la carrera.

La carrera descendente más lenta de la unidad convencional, generalmente produce

una carrera menos efectiva del émbolo.

RANGO DE CARGAS EN LA UNIDAD CONVENCIONAL

Suponiendo un factor de impulso o de aceleración de 0.4, es decir, el

componente de inercia sobre la carga de la varilla pulida es 40% del peso estático

de varillas y fluido.

Entonces, se tiene que:

Carga Pico PPRL =(Wr + Wf) (1+ ) (2.1)

Por ejemplo:

Wr = 6000 lbs


63

Wf = 4000 lbs

= 0.4

Sustituyendo los valores en la formula de carga pico se tiene:

PPRL =(6000 + 4000) (1.4) = 14000 lbs

Entonces:

Carga Mínima MPRL =(Wr) (1- ) (2.2)

Sustituyendo los valores en la formula de carga mínima se tiene:

MPRL =(6000) (1-0.4) = 3600 lbs

Por lo que el rango de cargas queda de la siguiente forma:

Rango de Cargas Rc1=PPRL – MPRL (2.3)

Sustituyendo los resultados se obtiene:

Rc1= 14000 – 3600 = 10400 lbs

RANGO DE CARGAS EN LA UNIDAD MARK II

Debido a que la unidad Mark II se mueve hacia arriba con 40% menos de

aceleración que la unidad convencional, su factor de impulso es (1+0.6 ) y en la

carrera descendente es (1-1.4 ). Entonces la carga pico y la carga mínima quedan

de la siguiente forma:

PPRL = (Wr + Wf) (1 + 0.6 )

MPRL = (Wr) [1-(1.4 )]

Sustituyendo los valores de Wr y Wf se obtiene:

PPRL = (6000 + 4000) (1.24) = 12400 lbs

MPRL = (6000) [1-(1.4x0.4)] = 2640 lbs

El rango de cargas se obtiene con la misma formula que la unidad Convencional,

entonces:

Rc2 = 12400 – 2640 = 9760 lbs

La diferencia en el rango de carga entre las dos unidades es:


64

Rc1 – Rc2 = 640 lbs, menor rango en la unidad Mark II.

El menor rango de cargas de la unidad Mark II tiende a aumentar la vida de

las varillas y a reducir la pérdida de producción debido al menor mantenimiento

por fallas de varillas.

La unidad Mark II reduce la carga pico más de lo que reduce la carga

mínima, lo que significa que normalmente tendrá un menor rango de cargas. Sin

embargo, en aplicaciones en las que dicho rango no se reduce, la carrera

descendente más rápida da como resultado una alternativa deseable que puede

visualizarse fácilmente con un ejemplo en el diagrama de Goodman que se muestra

en la figura 39.

Un rango de cargas de 10000 lbs resultantes de una carga pico de 18000 lbs

que cae hasta una carga mínima de 8000 lbs es más benéfico para la sarta de

varillas que un rango de cargas de 10000 lbs resultante de una carga pico de

20000 lbs y una carga mínima de 10000 lbs.

El diagrama de Goodman es una gráfica que relaciona la carga pico en la

varilla pulida con un rango de cargas permisible, es decir, la diferencia entre las

cargas pico y mínima. Cuando la carga pico en la varilla pulida es menor, el r ango

de cargas permisible dentro del que las varillas puede operar con seguridad, es

mayor.

Diagrama Modificado de Goodman

En cuanto al diseño de la sarta de varillas, se debe tomar en cuenta un factor

que influye sobre el nivel de resistencia del acero llamado límite de resistencia a la

fatiga, este factor es el rango de esfuerzos bajo el cual pueden operar las varillas

dentro del límite de esfuerzos permisibles. El diagrama modificado de Goodman

relaciona la carga máxima en la varilla pulida con el rango de cargas permisible, es

decir, la diferencia entre la carga máxima y carga mínima.

Para la tensión máxima, la ecuación da los valores

reales en la varilla superior de la sarta, dicho cálculo está basado en la carga

máxima que se tiene en esa varilla entre el área de su sección transversal. Este

valor nunca debe exceder el rango de tensión permisible. El cálculo de la tensión

mínima se realiza con la misma ecuación pero considerando la carga mínima.

Aunque hay situaciones en que se necesitan usar otros grados de varilla,

generalmente se usan varillas API grado “C”. Las varillas API grado “D”, se usan

cuando la capacidad de la varilla API grado “C” se excede, y cuando no hay ácido

sulfhídrico presente.

Atop

WmaxSmax


65

Las varillas API grado “C” deben tener una resistencia mínima a la tensión

de 90000 lbs/plg2 y las varillas API grado “D” deben tener una resistencia mínima

a la tensión de 115000 lbs/plg2.

Elaboración del Diagrama Goodman

Paso 1. Determine la resistencia mínima a la tensión (T) de las varillas,

utilizando únicamente el grado API, los valores mínimos que a continuación se

muestran han sido establecidos por API. El ejemplo, corresponde a un grado API

“D” con una resistencia mínima a la tensión de 115000 lbs.

Grado API Fuerza mínima de tensión (lbs/plg2)

C 90000

D 115000

K 85000

Paso 2. Coloque líneas horizontales y verticales sobre papel gráfico,

después coloque una línea de 45 grados entre éstas. Esta línea de 45 grados

establece el estrés mínimo. Construya una escala de estrés en la línea central.

Paso 3. Utilizando la escala de estrés coloque el punto T/1.75 en la línea

de 45 grados donde

Paso 4. Sobre la línea central vertical, localice el punto T/4. Trace una línea

entre este punto y el punto establecido en el paso 3. Esta línea define el

estrés máximo permisible para un factor de servicio de 1, entonces:

Paso 5. Coloque el estrés mínimo sobre la línea de 45°. Utilice la escala de

estrés mostrada en la línea central vertical.

Paso 6. El estrés máximo permisible es leído directamente arriba en la línea

para este concepto estrés máximo permisible.

Paso 7. Localice el estrés máximo (calculado o medido). Si este estrés es

mayor que el estrés máximo permisible, las varillas estarán sobrecargadas. Si e l

estrés máximo actual es menor que el estrés máximo permisible, las varillas no

estarán sobrecargadas.

El Diagrama de Goodman permite la consideración de ambos rangos, de

estrés máximo y de estrés permisible. Es una afirmación pictórica del hecho de que

niveles de picos mayores son permisibles si los rangos de estrés son bajos. Al

contrario, si el rango de estrés es alto, el estrés pico permisible, debe ser reducido.

2lbs/plg 65714.281.75

115000 tantolopor 115000,T

2lbs/plg 287504

115000 T


66




FIG.39 DIAGRAMA MODIFICADO DE

GOODMAN (DE API RPII BR)


Efectos de la Geometría de las Unidades de Bombeo Mecánico

Sin considerar las fuerzas armónicas en la sarta de varillas, y suponiendo

que la unidad está bombeando todo el fluido disponible del pozo a una cierta

velocidad de bombeo, existen tres factores que controlan el movimiento de la

carrera descendente y la velocidad de bombeo:

1) Longitud de carrera.

2) Fuerzas que retardan la carrera descendente.

3) Geometría de la unidad.


67

Cuando la unidad está elevando el fluido, hay varios factores importantes

que deben reconocerse. Primeramente, el ciclo de bombeo se divide en dos partes:

Productivo y No Productivo. La parte productiva del ciclo ocurre durant e la carrera

ascendente cuando se eleva la columna de fluido, y el no productivo durante la

carrera descendente que tiene como función principal regresar a las varillas y el

émbolo a su posición en el fondo, de modo que la columna de fluido pueda ser

elevada nuevamente. El regreso más rápido de las varillas en esta parte del ciclo no

productivo hace que la carrera ascendente productiva se presente más pronto.

La carrera ascendente es productiva por dos razones:

a) Es el tiempo durante el cual la columna de fluido se eleva.

b) Es el tiempo durante el cual el fluido del pozo entra al barril de la bomba.

Por lo tanto, la producción es posible tanto por la elevación de la columna

de fluido durante la carrera ascendente, como por el tiempo que dura ésta mientras

que la bomba se carga. Es decir, mayor tiempo en la carrera ascendente, mayor

tiempo de llenado y más cantidad de fluido que entra al barril para que sea

elevado.

Frecuentemente los operadores piensan que la unidad de bombeo eleva a las

varillas y fluido durante la carrera ascendente y luego forza las varillas hacia abajo

durante la carrera descendente. La forma en que realmente trabaja la unidad es:

Durante la carrera ascendente eleva las varillas y el fluido; durante la carrera

descendente, la fuerza de gravedad jala a las varillas hacia abajo en contra de las

fuerzas de fricción y la flotación. Esto es fácil de entender debido a que los cables

de acero en la cabeza de caballo trabajan únicamente a tensión y no son capaces de

empujar las varillas hacia abajo. En la unidad de bombeo mecánico hay cuatro

características importantes de movimiento:

1) Aceleración máxima desde el fondo para elevar la carga total de varillas y

fluido.

2) El tiempo que dura la carrera ascendente, es el mismo durante el que se

llena el barril de la bomba.

3) Aceleración máxima al iniciar la carrera descendente.

4) Velocidad máxima en la carrera descendente. Debe tomarse como referencia

que la velocidad angular de la manivela es constante.


68

2.5 ACELERACIÓN EN LA VARILLA PULIDA

Debido a la colocación de la manivela y la biela, las dos clases de geometrías

tienen características de aceleración en la varilla pulida, que son totalmente

opuestas.

La velocidad angular constante de la manivela en la unidad convencional

(Clase I), hace que la inversión de movimiento de la varilla pulida en el fondo, se

realice con aceleración relativamente alta y la inversión de movimiento en la parte

superior, con aceleración relativamente baja.

En las unidades Mark II y balanceadas por aire (Clase III), l as

características de aceleración son opuestas. Esta geometría hace que el sistema

realice la inversión de movimiento en el fondo con baja aceleración y en la parte

superior con un poco más de aceleración que en la unidad convencional.

Como conclusión, el movimiento reciprocante de las unidades de bombeo

mecánico Clase I y Clase III, presenta valores máximos de aceleración al inicio de

la carrera ascendente y de la descendente, lo cual puede entenderse fácilmente al

compararlo con el movimiento armónico simple.

Supóngase que la varilla pulida se está moviendo hacia arriba y hacia abajo

con movimiento armónico simple. Esto significa que la máxima aceleración se

presenta cuando se inicia el movimiento ascendente de la varilla pulida y, la

máxima aceleración se presenta nuevamente al inicio del movimiento descendente

con valores iguales. En el movimiento armónico simple, la máxima velocidad en la

carrera ascendente es igual a la máxima velocidad en la carrera descendente y se

presenta a la mitad de la carrera. El tiempo en que se realizan ambas carreras es

exactamente el mismo.

Sin embargo, el movimiento armónico simple no se logra y no es

necesariamente deseable. En la unidad convencional, la manivela gira con

velocidad angular constante, acelera hacia arr iba con la máxima carga de varillas y

fluido más rápido que en el movimiento armónico simple, pero en el punto superior

de la carrera, la aceleración hacia abajo es menor que en el movimiento armónico

simple.

En las unidades balanceadas por aire y Mark II, las características de

movimiento se invierten. Éstas mueven la máxima carga de varillas y fluido hacia

arriba con aceleración o menor movimiento armónico simple, mientras que en la

parte superior de la carrera, el movimiento hacia abajo tiene mayor ace leración que

el movimiento armónico simple.


69

Regresando al concepto de la masa concentrada, la carga pico en la varilla

pulida está controlada por la magnitud de la aceleración en el fondo de la carrera

ascendente. Mayor aceleración, mayor carga pico, y en consecuencia, se

incrementa el esfuerzo en las varillas y la carga en la estructura de la unidad. En el

levantamiento de la máxima carga de varillas y fluido desde el fondo, al

componente de inercia se suma el peso estático. Al invertirse el movimien to en la

parte superior de la carrera, el componente de inercia se resta del peso de las

varillas flotando es decir, el valor de la carga pico en la varilla pulida y en la

estructura, se tiene al invertirse el movimiento en el fondo de la carrera, mientas

que el valor mínimo de carga se tiene al invertir el movimiento en la parte superior

de la carrera.

2.6 MOVIMIENTO BÁSICO DE BOMBEO EN UN SISTEMA NO

ELÁSTICO SIMPLE

Las fuerzas que intervienen en un sistema de varillas elásticas en

movimiento son complejas, por lo que, a fin de entender los conceptos básicos del

bombeo con varillas de succión, es conveniente empezar por dividir el movimiento

en sus dos componentes más simples y considerar que en la carrera ascendente la

carga de varillas y fluido está concentrada en una masa no elástica, como una

enorme pelota, y que en la carrera descendente la carga de varillas sola, equivale a

una pelota de menor tamaño o peso.

Por ejemplo: se supone momentáneamente que la sarta de varillas está concentrada en una masa de 6000 lbs y la carga de fluido en una segunda masa de 4000 lbs, para un total de 10000 lbs de carga en la carrera ascendente, despreciando las cargas por fricción. Ahora se aplica una fuerza ascendente de 10000 lbs en la varilla pulida, contra las 10000 lbs del peso concentrado de varillas y fluido. Entonces el sistema permanece en equilibrio, debido a que la varilla pulida jala hacia arriba con la misma fuerza con que las varillas y fluido jalan hacia abajo. Las fuerzas simplemente permanecen estáticas.

Sin embargo, si la fuerza aplicada en la varilla pulida es cualquier valor

mayor que las 10000 lbs, la masa concentrada de varillas y fluido empezará a

moverse hacia arriba con una cierta aceleración, debido a la mayor fuerza o jalón

de la varilla pulida. Entonces, si se aplica un 10% adicional a la fuerza con que

jala a la varilla pulida, es decir 10000 + 1000 = 11000 lbs, la carga de varillas y

fluido se moverá hacia arriba con una cierta aceleración. Este componente de

fuerza adicional ascendente se llama factor de impulso o factor de aceleración ( )

y se expresa como uno (1.0) más algún porcentaje de la carga estática. En el caso

anterior, agregar un 10% a la carga estática de varillas y fluido, equivale a

multiplicar por 1.1; un factor de impulso de 0.2 sería equivalente a multiplicar

dicha carga por 1.2, lo que significa que la fuerza total ascendente en la varilla

pulida es el peso estático de varillas y fluido, más un 20% de fuerza adicional de la


70

carga estática, a fin de acelerar a las varillas y fluido hacia arriba con una cierta

velocidad de bombeo. Para bombear más rápidamente es necesario aplicar una

fuerza ascendente igual al peso estático de varillas y fluidos más 30% ó 40% de

dicho peso para obtener un impulso o factor de aceleración de 1.3 ó 1.4,

respectivamente.

El producto del peso estático de las varillas y fluido por el factor de

impulso, da como resultado, aproximadamente, la carga máxima (carga pico)

aplicada en la varilla pulida por una masa concentrada, como se considera en un

sistema de bombeo mecánico en un pozo somero con cargas ligeras.

2.7 CONTRABALANCEO DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO

Uno de los aspectos más importantes del diseño de la instalación, es la

selección del contrabalanceo necesario para reducir el tamaño del motor principal

y los requerimientos de torsión en el reductor de engranes.

En un sistema de bombeo mecánico, se requiere que el trabajo de la varilla

pulida para elevar la columna de fluido, sea ejecutado únicamente durante la

primera mitad del ciclo de la manivela, es decir, en la carrera ascendente. Si la

unidad no estuviera contrabalanceada, el trabajo total requerido sería realizado por

el motor principal durante la carrera ascendente, al estar elevando las varillas y el

fluido, mientras que en la segunda mitad del ciclo, en la carrera descendente, el

motor quedaría muerto conforme la fuerza de gravedad jala las varillas y el émbolo

de la bomba hacia abajo, para regresarlos a su posición inicial.

Entonces, en una unidad no contrabalanceada, todo el trabajo útil del motor

principal sería realizado durante la carrera ascendente y sería nulo en la carrera

descendente. Se requeriría un motor principal y reductor de engranes relativamente

grandes para producir fluidos en una forma eficiente.

A fin de reducir el tamaño del motor y del reductor de engranes, se colocan

contrapesos en el sistema con un peso aproximadamente igual al peso de las

varillas, más la mitad del peso del fluido. Durante la carrera ascendente, al elevar

el peso combinado de varillas y fluido, el motor recibe ayuda del efecto de

contrabalanceo, lo que resulta en una fuerza desbalanceada equivalente a la mitad

de peso del fluido, que es el único peso que se requiere elevar. Lo anterior se

calcula con la siguiente ecuación:

(2.4)

En la carrera descendente, el efecto de contrabalanceo se opone al regreso de

las varillas flotando y nuevamente el resultado es una fuerza desbalanceada, equivalente a la mitad del peso del fluido. Esto se representa con la ecuación:

2

Wf

2

Wf Wr Wf Wr


71

Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = fuerza desbalanceada

(2.5)

Entonces, con el efecto de contrabalanceo se logra que los requerimientos

de trabajo y de torsión, para el motor principal y el reductor de engranes

respectivamente, sean aproximadamente iguales en la carrera ascendente y en la

descendente.

En una unidad de bombeo mecánico no contrabalanceada, durante la carrera

ascendente, el motor y el reductor de engranes deben manejar una carga en la

varilla pulida, equivalente al peso de las varillas más el peso del fluido, por otra

parte, en la unidad apropiadamente contrabalanceada, durante la carrera ascendente

y la descendente, el motor y el reductor se enfrentan a una carga de únicamente la

mitad del peso del fluido. Consecuentemente, la forma de lograr reducir el tamaño

del motor y del reductor requeridos, es mediante el contrabalanceo de la unidad.

Desde el punto de vista mecánico, cuando la unidad eleva las varillas desde

el fondo hasta la parte superior de la carrera, se entrega energía potencial al

sistema. Cuando la fuerza de gravedad jala las varillas hacia abajo, la misma

cantidad de energía potencial es cedida. Entonces, el trabajo mecánico que

ejecutan las varillas en un ciclo completo de la manivela es de cero.

En la unidad no contrabalanceada, el motor realizará un trabajo

relativamente duro en la carrera ascendente para elevar las varillas y el fluido,

mientras que en la carrera descendente no hay forma de ayudar a almacenar

energía potencial en el sistema.

En la unidad contrabalanceada el motor recibe ayuda durante la carrera

ascendente por la caída de los contrapesos, cuando se está elevando la máxima

carga de varillas y fluido. Durante la carrera descendente, la fuerza de gravedad

que jala a las varillas, ayuda a que el motor principal eleve los contrapesos, por lo

que se almacena energía potencial en el sistema.

A continuación se presenta un ejemplo para una unidad de bombeo cuando

no está contrabalanceada y cuando sí lo está. Las fuerzas de fricción, flotación y

dinámicas se desprecian.

Wr = 10000 lbs

Wf = 4000 lbs

2

Wf Wr

2

Wf Wr

lbs 12000 2

4000 10000

2

Wf Wr nceo Contrabala


72

Unidad no contrabalanceada

Carrera ascendente:

Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = fuerza desbalanceada

(10000 + 4000) – (0) = 14000 lbs

Carrera descendente:


(0) – (10000) = - 10000 lbs

Unidad contrabalanceada

Carrera ascendente:

Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = fuerza desbalanceada

(10000 + 4000) – (12000) = 2000 lbs

Carrera descendente:


(12000) – (10000) = 2000 lbs

El peso del contrabalanceo en efecto, almacena energía durante la carrera

descendente cuando la demanda de potencia es baja y libera energía durante la

carrera ascendente, efectuando parte del trabajo de elevación del fluido y varillas.

Para evitar una equivocada interpretación de terminología, es necesario

diferenciar entre efecto de contrabalanceo, que es la contribución ne ta del sistema

de contrabalanceo sobre la varilla pulida y contrabalanceo o contrapeso, que es el

peso o sistema de pesos usado para obtener el efecto de contrabalanceo. El efecto

de contrabalanceo está determinado por el peso real del contrapeso, por su posición

y por la geometría de la unidad superficial.

Un efecto de contrabalanceo puede obtenerse colocando los contrapesos en

el balancín, en la biela o en la manivela. En algunos casos, particularmente en

unidades grandes, el aire a presión se usa para obtener el efecto de contrabalanceo

deseado.


73

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Contrabalanceo de la Unidad de Bombeo Mecánico.

Datos:

Wr = 12000 lbs.

Wf = 6000 lbs.

Unidad no contrabalanceada

Carrera ascendente:

Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = Fuerza desbalanceada

12000 + 6000 – 0 = 18000 lbs.

Carrera descendente

Contrabalanceo – carga en la carrera descendente = Fuerza desbalanceada

0 – 12000 = - 12000 lbs.

Unidad contrabalanceada

Carrera ascendente

Carga en la carrera ascendente – contrabalanceo = Fuerza desbalanceada

(12000 + 6000) – 15000 = 3000 lbs.

Carrera Descendente

Contrabalanceo – Carga en la Carrera Descendente = Fuerza desbalanceada

(15000) – 12000 = 3000 lbs.

lbs 15000 2

6000 12000 2

Wf Wr nceo

Contrabala


74

2.8 TORSIÓN

La torsión se define como la fuerza que actúa en el extremo de un brazo de

palanca, multiplicada por la longitud del brazo y que tiende a producir una rotación

y un trabajo. Cuando este concepto se aplica a las unidades de bombeo mecánico,

la torsión se refiere al número de libras- pulgadas de fuerza aplicado a la manivela

por la flecha del reductor de engranes, esta torsión es producida por el movimiento

de la biela, debido a las cargas del pozo y a un efecto opuesto del contrabalanceo.

Básicamente, la torsión neta en la flecha del reductor de engranes es la

diferencia entre la torsión impuesta por la carga del pozo y la impuesta por el

contrabalanceo en cualquier posición de la manivela. La torsión neta máxima es

llamada torsión pico y su valor corresponde a aquel para el que está diseñado el

reductor de engranes (consultar especificaciones de los fabricantes de unidades de

bombeo mecánico).

Como se mencionó anteriormente, en una unidad apropiadamente

contrabalanceada, los contrapesos ayudan al motor principal suministrando

suficiente torsión extra para elevar teóricamente, el peso total de las varillas más la

mitad del peso de la columna de fluido. El contrabalanceo apropiado también

reduce las inversiones de torsión, que pueden ocurrir durante la porción media de

la carrera ascendente y de la descendente.

Cuando los contrapesos están en la parte superior de su ciclo, contribuyen a

que la torsión sea cero al iniciar el proceso de elevación. La torsión suministrada

por los contrapesos se incrementa conforme éstos se mueven hacia la posición de

90°, en la que se tiene la torsión máxima efectiva. A partir de esta posición, la

torsión efectiva disminuye hasta que los contrapesos llegan a los 180° de

desplazamiento, en donde la torsión vuelve a ser de cero.

En la segunda parte del ciclo, que es la carrera descendente, la torsión

impuesta por los contrapesos se considera positiva, debido a que éstos deben ser

elevados. Entonces es cuando en el sistema se almacena energía que será utilizada

posteriormente en la carrera ascendente del ciclo. La torsión efectiva suministrada

por los contrapesos en cualquier posición del ciclo de bombeo, se ilustra en la

Figura 40.

En el eje horizontal de la gráfica se tiene el grado de rotación de la manivela

y de los contrapesos.


75

0 90° 180° 270° 360°

Grados de Rotación de la Manivela

TO

RS

IÓN

EN

MIL

ES

lbs-

plg




FIG.40 CURVA DE TORSIÓN EN UNA

UNIDAD CONVENCIONAL


El grado de rotación de ambos es idéntico debido a que giran como una sola pieza

sobre el mismo brazo de palanca en las unidades Clase I. En el eje vertical se tiene

la torsión suministrada por los contrapesos en miles de libras- pulgadas. Nótese

que aproximadamente a la mitad de este eje se tiene la línea de torsión cero. La

carrera ascendente es la parte de la curva de torsión que está por debajo de la línea

de cero, y se considera negativa debido a que se está reduciendo el trabajo que

debe realizar el motor principal para elevar la carga existente sobre la varilla

pulida. La curva de torsión por arriba de la línea cero, corresponde a la carrera

descendente y es positiva como se consideró anteriormente.

En las unidades Clase III, el contrabalanceo está colocado afuera de la línea

central de la manivela, así que cuando ésta se encuentra en la posición del fondo de

la carrera, el contrapeso aún está siendo elevado para almacenar energía potencial.

Esto da como resultado que la curva de torsión de las unidades Clase III, sea

diferente de la curva para la unidad convencional.


76

La comparación de las curvas de torsión para las dos clases de unidades, se

muestra en la figura 41, donde se aprecia que el contrapeso colocado fuera de la

línea central de la manivela, mueve a la curva de torsión de la unidad Clase III 30°

a la derecha de la curva graficada para la unidad convencional. Es ta diferencia de

torsión por contrabalanceo se refleja en la torsión neta impuesta sobre el reductor

de engranes, y consecuentemente, en la demanda de potencia del motor principal.

La comparación de la torsión neta impuesta sobre el reductor de engranes de

unidades de bombeo mecánico de idéntico tamaño y operando bajo las mismas

condiciones en un solo peso, es una forma de diferenciar el comportamiento de

dichas unidades. Para calcular la torsión neta, se deben obtener las cargas sobre la

varilla pulida de cada una de las unidades bajo condiciones de operación.




FIG.41 COMPARACIÓN DE CURVAS DE

TORSIÓN


Los datos de carga sobre la varilla pulida, se obtienen mediante un

dinamómetro que se instala en el equipo superficial para construir una carta

dinamométrica. En la figura 42 se muestra una carta dinamométrica.

0 90° 180°270° 360°


TO

RS

IÓN

EN

MIL

ES

lb

s-p

lg


77

0

4

8

12

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

Desplazamiento de la Varilla

Carga en Miles de Libras




FIG.42 CARTA DINAMOMÉTRICA

SUPERFICIAL


2.9 Factores de Torsión

Uno de los conceptos más importantes en el sistema de bombeo mecánico es

el factor de Torsión. La razón de su importancia se debe a que sin él, sería

imposible determinar la carga de torsión exacta que la sarta de varillas impone

sobre el reductor de engranes en cualquier posición de la manivela.

La figura 42 es un diagrama real de cargas vs. desplazamiento de la varilla

pulida, obtenida durante una prueba de campo con una unidad convencional. Para

convertir las cargas registradas en la varilla pulida a datos de torsión por carga, el

diagrama se marca cada 15° de desplazamiento de la manivela. Entonces, las

cargas sobre la varilla pulida, en cada marca, se multiplican por el factor de torsión

para obtener la torsión por carga impuesta sobre el reductor de engranes en cada

uno de esos puntos del ciclo de bombeo.

El factor de torsión, es la relación de la torsión por carga sobre el reductor

de engranes a la carga sobre la varilla pulida. El Instituto Americano del Petróleo

(API), requiere que para cada tamaño de unidad existente en el mercado, los

fabricantes publiquen una lista de factores de torsión, los cuales se muestran en la

figura 43.


78

FACTORES DE TORSIÓN POSICIÓN

DE LA

MANIVELA

PARA POZO

DIRIGIDO

PARA

CONTRA

PESO

1 0 0.00 0.0

2 - 9.11 + 6.95

3 - 16.50 + 13.48

4 - 22.15 + 19.05

5 - 25.15 + 23.35

6 - 27.20 + 26.05

7 90 - 26.97 + 26.95 -275013 lbs-plg torsión en el

reductor de engranes

8 - 24.70 + 26.05 10197 lbs carga en la varilla pulida

9 - 21.00 + 23.35

10 - 16.12 + 19.05

11 - 10.68 + 18.48

12 - 5.24 + 6.95

13 180 0.00 0.00

14 + 4.82 8.95

15 + 9.20 - 13.48

16 + 13.40 - 19.05

17 + 17.80 - 23.35

18 + 21.90 - 26.05

19 270 + 25.80 - 26.95

20 + 28.50 - 26.05

21 + 28.90 - 23.35

22 + 25.80 - 19.05

23 + 19.15 - 19.48

24 - 10.01 0.00




FIG.43 FACTORES DE TORSIÓN



79

Los resultados de multiplicar las cargas en la varilla pulida por los factores

de torsión dados por el fabricante, se grafican como se muestra en la figura 44, la

curva senoidal corresponde a la torsión por contrabalanceo que se mencionó

anteriormente, y la otra curva, representa los valores de torsión por carga para la

unidad convencional.




FIG.44 CURVA DE TORSIÓN EN UNA

UNIDAD CONVENCIONAL


La suma aritmética de los valores de torsión indicados por ambas curvas, da

como resultado una tercera curva, que muestra la carga de torsión ne ta impuesta

sobre el reductor de engranes, misma que aparece en la figura 45. Las áreas

negativas en ésta o cualquier otra unidad de bombeo mecánico, indican desgaste

parcial de energía del motor principal y son indeseables.

Torsión en Miles de lbs-plg



80




FIG.45 CURVA DE TORSIÓN NETA EN UNA

UNIDAD CONVENCIONAL


La figura 46, es un diagrama de cargas vs. desplazamiento de la varilla

pulida, obtenido de una unidad Clase III, durante la misma prueba de campo

mencionada, bajo idénticas condiciones de trabajo.




FIG.46 CARTA DINAMOMÉTRICA


Torsión enMiles delbs-plg


Desplazamiento de la Varilla Pulida

Carga en Miles de Libras

0

4

8

12


81

La diferencia entre esta gráfica y la de la unidad convencional se debe

principalmente a las distintas geometrías de las unidades. En consecuencia, la

curva de torsión neta para la unidad Clase III, que se muestra en la figura 47 es

diferente de la curva de torsión neta de la unidad Clase I, que se presenta en la

figura 48, aunque ambas unidades estén efectuando la misma cantidad de trabajo

en la varilla pulida.




FIG.47 UNIDAD MARK II


0° 90° 180° 270° 360°

Carrera Ascendente Carrera Descendente

Torsión en Miles de lbs-plg

Grados de rotación de la manivela


82




FIG.48 UNIDAD CONVENCIONAL


Para determinar las cargas correspondientes a los ángulos de la manivela, es importante saber que en la carrera ascendente el ángulo variará de 0º a 180º y en la carrera descendente variará de 180º a 360º.

De acuerdo a los valores de torque instantáneo a lo largo de todo el ciclo de

bombeo y en las distintas posiciones de la manivela, se puede determinar cuando la

instalación está contrabalanceada adecuadamente, le falta contrabalanceo o está

sobre contrabalanceada.

Para una Unidad de Bombeo Mecánico bajo contrabalanceada, el torque máximo en la carrera ascendente es mucho mayor que en la carrera descendente como se observa en la figura 49.

Carrera Ascendente Carrera Descendente

TorsiónMiles de p-lbs-plg

Rango del Reductorde engranes

180° 270° 360°Grados de rotación de la manivela

0° 90°


83




FIG.49 CURVA DE TORSIÓN PARA UNA

UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO BAJO CONTRABALANCEADO


Para una Unidad de Bombeo Mecánico sobre balanceado, el torque máximo

en la carrera descendente es mayor que en la carrera ascendente, como se observa

en la figura 50.

TO

RS

IÓ

N (

10

00

LB

S-P

LG )

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °


84





UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO SOBRE CONTRABALANCEADO


En el caso en que una Unidad de Bombeo Mecánico ha sido correctamente contrabalanceada, los torques en la carrera ascendente y en la carrera descendente, son aproximadamente iguales, como se observa en la figura 51.

°° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

TO

RS

IÓ

N (

10

00

LB

S-P

LG

)


85





UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO CORRECTAMENTE CONTRABALANCEADO


Balanceo Estructural

Es la distribución de esfuerzos que actúan sobre los apoyos de la unidad

para que se mantenga en equilibrio y se obtenga una operación eficiente de la

misma.

TO

RS

IÓN

(10

00 L

BS

-PL

G)


86

El contrabalanceo calculado en las Unidades de Bombeo Mecánico, se

efectúa a un punto óptimo cuando la unidad de bombeo mecánico ya está operando

en condiciones normales y aportando fluido de formación.

El operario electricista verifica con un amperímetro de gancho que el

amperaje del motor principal no presente picos, independientemente del tamaño

del motor, en caso de que presente picos se mueven los contrapesos de la unidad

hacia adelante o hacia atrás de la posición que tengan en la manivela, también, si

se requiere, se puede disminuir el peso de los contrapesos por otros pequeños o

aumentar el peso de los mismos con unos contrapesos auxiliares.

En caso necesario se tendrá que cambiar el motor a un tamaño menor o mayor

dependiendo el caso, definitivamente en superficie cualquier diseño debe adaptarse

a las condiciones de operación del pozo.

2.10 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

En cuanto al bombeo mecánico se refiere, es importante aclarar la forma en

que se lleva a cabo el movimiento que permite el bombeo óptimo. El movimiento

que describe el ciclo de la manivela mostrado en la Figura 52 es un movimiento

uniforme y periódico llamado movimiento armónico simple. Es un movimiento

periódico, ya que se repite idénticamente el movimiento en una sucesión de

intervalos iguales de tiempo, siguiendo una circunferencia y recorriendo la misma

trayectoria una y otra vez con la misma velocidad.

Supóngase que una proyección perpendicular P’ – P es dibujada desde el eje

vertical D – B, en la circunferencia donde termina en punto P y si el punto P viaja

alrededor de la manivela un ciclo con una velocidad angular constante, el punto P ’

se mueve hacia abajo en el eje vertical D – B periódicamente con un movimiento

armónico simple.

Con este tipo de movimiento, el punto P’ inicia en forma descendente del

tope hacia abajo y en forma ascendente desde el fondo hacia arriba con el mismo

valor de aceleración máxima. La aceleración de P’ al alcanzar la posición O a la

mitad del eje vertical es cero, debido a que cambia de aceleración a desaceleración.

La velocidad de P’ es cero en ambos casos, en el tope y en el fondo de su

viaje (puntos B y D), pero en el punto O es la máxima y su aceleración es cero.


87

V




FIG.52 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE


La manivela se conecta a un miembro rígido llamado “biela”, el cual

transmite movimiento al balancín para efectuar el movimiento de bombeo. La

conexión superior de la biela (v) llamada ecualizador (Yoke transversal), se mueve

verticalmente hacia arriba y hacia abajo en una línea recta, dicho movimiento no es

un movimiento armónico simple aún cuando la manivela gira a una velocidad

angular constante.

Como el punto P describe un movimiento uniforme alrededor del ciclo de la

manivela, el ecualizador describe un movimiento reciprocante que puede diferir

sustancialmente del movimiento armónico simple del punto P’. Esto se debe a la

angulosidad del mecanismo biela–manivela. El ángulo más pequeño entre la

manivela y la biela es cuando la manivela está horizontal, que es una de las más


88

grandes divergencias del movimiento del ecualizador desde que el movimiento

armónico simple fue descrito por el punto P’. Por eso, sólo una longitud infinita de

la biela podrá desarrollar un movimiento armónico simple del ecualizador.

En la figura 53, cuando el perno de la manivela (P) se mueve alrededor del

ciclo de A a B y de ahí a C, el ecualizador se mueve verticalmente desde a’ a b’, lo

cual corresponde al viaje del perno de la manivela (P) de C a D y de regreso a A.

Esto es debido a que el viaje del ecualizador está en función de los componentes

verticales de la manivela (BP) y la biela (PV). En los cuadrantes superiores del

ciclo de la manivela, los componentes verticales viajeros de la manivela y de la

biela son sumados en los dos cuadrantes inferiores restados. Esta modificación del

movimiento armónico simple de la manivela-biela, puede tener un efecto

importante sobre la velocidad y las características de aceleración del ecualizador

transmitidas al balancín. Esto es, debido a que el punto P viaja en el ciclo a una

velocidad angular constante, el tiempo necesario para cubrir cada uno de los

cuadrantes es el mismo. Sin embargo, la distancia que el ecualizador desarrolla de

b’ a a’ es mucho más larga que de a’ a d’, aún así, las velocidades del fondo y del

tope del ciclo son cero, además, la aceleración es sustancialmente mayor de b’ a a’

que de d’ a a’.

Esta anomalía cinemática tiene consecuencias importantes. Dado que el perno

de la manivela cubre los dos cuadrantes superiores del ciclo, el ecualizador se

mueve hasta el tope de su carrera con una desaceleración máxima relativamente

alta y comienza a descender con una aceleración máxima igualmente alta. Pero

como también el perno de la manivela cubre los dos cuadrantes infer iores del ciclo,

el ecualizador desacelera hacia el fondo de la carrera con un valor máximo

relativamente menor, mientras que la aceleración hacia arriba tiene un valor

similar al anterior, con lo que se reduce la aceleración máxima relativamente

menor, mientras que la aceleración hacia arriba tiene un valor similar al anterior,

con lo que se reduce; la aceleración del ecualizador juega un papel muy importante

en la selección de la varilla, en la estructura de la misma y en los valores de los

rangos de carga de la varilla para diferentes geometrías de bomba.


89




FIG.53 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE


B

UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA III

90

3.0 CALCULOS PARA LA SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA,

DISEÑO DE LA SARTA DE VARILLAS Y CARRERA EFECTIVA DEL

ÉMBOLO

3.1 SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA

Para una profundidad de colocación de la bomba y un volumen de producción dado,

existe un tamaño apropiado de ésta que es el resultado de mantener una carrera efectiva del

émbolo y una velocidad de operación moderada.

El factor más importante a considerar en la selección de una Unidad de Bombeo

Mecánico, es el volumen de fluido que es capaz de desplazar por cada pulgada de carrera

del émbolo, el cual depende del diámetro del émbolo.

El desplazamiento teórico de la bomba en el fondo (PD) es determinado por:

PD = 0.1484 Ap Sp N (BPD) barriles por día (3.1)

Otra forma de calcular el desplazamiento teórico de la bomba es mediante

una constante de bombeo (K), la cual es obtenida de acuerdo al tamaño del émbolo

y es determinada por la siguiente ecuación:

K = 0.1484 Ap (3.2)

PD = K Sp N (3.3)

Donde:

(3.4)

El valor de K, se puede obtener directamente de la tabla 1, que aparece en el

anexo A, con el diámetro del émbolo.

El gasto de producción en la superficie (q) es menor que el desplazamiento

teórico de la bomba, debido a la eficiencia volumétrica de la bomba (Ev), la cual es

calculada como la relación de gastos.

Ev = (q/PD)(100) (3.5)

plg/bls 9702

min/día 1440

minuto

embolada N embolada

plg Sp plg Ap PD 2

4

dp Ap

2


91

Despejando q se obtiene:

q = (Ev)(PD)/100 (3.6)

La eficiencia volumétrica es un factor muy importante a considerar en la

solución de los problemas, desafortunadamente se conoce hasta que se define el

gasto de producción deseado.

La liberación de gas es un factor muy significativo en la estimación de la

eficiencia volumétrica, ya que por ejemplo: en pozos con alta relación gas -líquido

se tienen eficiencias muy bajas, del 25% al 50%, en aquellos donde existe una

buena separación del gas de formación se tendrán eficiencias del 50% al 70%, en

pozos con una buena separación y buena sumergencia de la bomba las eficiencias

serán del orden del 70% al 80% y para pozos sin gas pero con un alto nivel de

fluido las eficiencias volumétricas pueden aproximarse al 100%.

Generalmente, la eficiencia volumétrica de la bomba es estimada mediante

la experiencia local.

Para la selección del tamaño óptimo del émbolo a un gasto de producción

deseado y una cierta profundidad, es importante considerar que se deben obtener

altas eficiencias y prevenir cargas innecesarias en la sarta de varillas y el equipo

superficial.

Para realizar una selección preliminar del tamaño del émbolo, cuando la

carrera de la varilla pulida es menor de 74 plg. se puede usar las tablas 10, 11, 12,

13, 14 y 15, que aparecen en el anexo A.

3.2 EJEMPLOS PARA LA SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA

1. Calcular la constante de bombeo para un diámetro de émbolo de 2” si:

K = 0.1484 Ap

Valores:

= 3.1416

dp = 2”

4

p d 0.1484 K 2


92

K = 0.466 BPD/plg/spm

Otra forma de resolver este problema, es mediante la tabla 1 del anexo A,

donde, de acuerdo con el diámetro del émbolo se obtiene el área cor respondiente a

éste, y el valor de la constante, de tal forma que para diámetro del émbolo de 2”Ø

se tiene que:


2. Calcular la constante para un émbolo de 1 ¾”Ø.

Valores:

dp = 1.75” = 1 ¾”

= 3.1416

K= 0.357 BPD/plg/spm

3. Calcular la constante para un émbolo de 1 ½” Ø.

Valores:

dp = 1 ½” Ø= 1.5”Ø

= 3.1416

4

22π

0.1484K

4

p d 0.1484 K 2

4

1.75 0.1484 K

2

4

p d 0.1484 K 2


93


4. Calcular la constante para un émbolo de 2 ¼” Ø.

Valores:

dp = 2.250” =2 ¼”

= 3.1416

K= 0.590 BPD/plg/spm

5. El pozo Poza Rica 101 en el Activo de Producción Poza Rica tiene instalada

una bomba cuyo émbolo es de 1 ½” Ø, una Unidad de Bombeo Mecánico operando

con una velocidad de bombeo de 11 spm y una carrera efectiva del émbolo de 108

plg; produce en superficie 240 BPD de un fluido cuya densidad es de 0.850.

Calcular el desplazamiento teórico de la bomba (PD) y su eficiencia volumétrica

(EV).

De la tabla 1 anexo A, se tiene que para émbolo de 1 ½”Ø

K= 0.262 BPD/plg/spm,

Valores:

K = 0.262 BPD/plg/spm,

Sp = 108 plg

N = 11 spm

dp = 1 ½”Ø

q = 240 BPD

4

1.5 0.1484 K

2

4

p d 0.1484 K 2

4

2.25 0.1484 K

2


94

Entonces:

PD= (K) (Sp) (N)

PD= (0.262) (108) (11)

PD= 311.25 BPD/día

La eficiencia volumétrica (EV) es:

EV= (q/PD) (100)

EV= (240/311) (100)

EV= 77.17 %

6. Un pozo equipado con una bomba cuyo émbolo es de 1 ½” Ø, con velocidad de

bombeo de 20 spm y una carrera efectiva del émbolo de 55 plg produce en la

superficie 210 BPD de un fluido cuya densidad relativa es igual a 0.85. Calcular el

desplazamiento teórico de la bomba (PD) y su eficiencia volumétrica (EV).

Valores:

dp = 1 ½”Ø

N = 20 spm

Sp = 55 plg

q = 210 BPD

De la tabla 1 anexo A, para émbolo de 1 ½”Ø , K = 0.262 BPD/plg/spm.

El desplazamiento teórico de la bomba es:

PD = (K) (Sp) (N)

PD = (0.262) (55) (20)

PD = 288.2 BPD

La eficiencia volumétrica es:

EV = (q/ PD) (100)

EV = (210/288.2) (100)

EV = 72.86 %


95

7. Si el desplazamiento teórico de la bomba es de 250 BPD y la eficiencia

volumétrica es del 75%. Calcular el gasto de producción en la superficie.

Valores:

PD = 250 BPD

EV = 75 %

q = (PD) (EV/100)

q = (250) (75/100)

q = 187.5 BPD en la superficie

8. Una bomba será instalada en un pozo cuyo nivel dinámico está a 4000 pies y se

desea que produzca 400 BPD de fluido en la superficie, carrera en la varilla pulida

mayor a 74 plg. La experiencia local indica que la eficiencia de la bomba es del

80%.

¿Qué tamaño de bomba recomendaría para este pozo?

Para una selección preliminar, se utiliza la tabla 2 del anexo A, en la cual se

recomienda un tamaño de bomba de 2”Ø ó 2¼”Ø.

3.3 DISEÑO DE LA SARTA DE VARILLAS

Como las varillas no sólo sostienen su propio peso sino también el peso del

fluido, la carga en la sarta de varillas se incrementa progresivamente desde el

fondo del pozo hacia la superficie, por lo que a mayores profundidades de bombeo

(más de 3500 pies), es más usual instalar una sarta de varillas telescopiadas.

Estas sartas consisten en varillas de dos o más diámetros y diferente

longitud, con los tamaños más grandes hacia la superficie donde las cargas sobre la

sarta son mayores, el uso de sartas telescopiadas da como resultado una

disminución de cargas y costos. Así como para prever una distribución más

uniforme de los esfuerzos en las varillas.

Existen dos métodos para diseñar una sarta de varillas telescopiadas, éstos

son:

1. Esfuerzo máximo.- Consiste en asignar a cada sección de la sarta un esfuerzo

máximo, si se pasa de este valor máximo, se selecciona una varilla de mayor

diámetro.


96

2. Esfuerzos iguales.- Es el método más usado, y consiste en diseñar la sarta de

varillas de tal manera que los esfuerzos sean iguales en la parte superior de

cada sección. La tabla 3 del anexo A, presenta los valores y porcentajes de las

varillas que pueden utilizarse según el tamaño de la bomba, estos porcentajes

pueden calcularse también con las ecuaciones que resultan de aplicar este

método, estas ecuaciones han sido obtenidas y se presentan en la Tabla 4 del

Anexo A.

Una vez definido el porcentaje de cada sección de varilla, se calcula la longitu d

de cada una de ellas considerando que:

Li = Ri LT

También considérese que:

Li = LT i = 1, 2, 3, ... n,

La carga máxima (Wmáx) y mínima (Wmín) que se espera durante el ciclo de

bombeo en la sarta de varillas deben ser determinadas correctamente para poder

seleccionar el equipo superficial adecuado que pueda manejar estas cargas.

La cuantificación de las cargas en la varilla pulida serán más o menos

reales, dependiendo de los datos con los que se disponga. Para el cálculo de estas

cargas, se han propuesto diferentes expresiones, en este trabajo se enuncian las que

son más confiables y que pueden utilizarse en un amplio rango de velocidades de

bombeo.

3.4 FACTORES QUE CONTRIBUYEN A FORMAR LA CARGA TOTAL DE

LA VARILLA PULIDA.

Dentro del ciclo de bombeo se presentan cinco factores que contribuyen a

formar la carga total de la varilla pulida, estos factores son:

1. El peso muerto de la sarta de varillas.

2. La carga por aceleración de la sarta de varillas.

3. La fuerza de flotación de las varillas.

4. La carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida.

5. La carga por fricción.

1) El peso muerto de la sarta de varillas (Wr), y está dado por:

Wr = mi Li i = 1, 2, 3, ..., n


97

Ejemplo de Aplicación

1. En un pozo del Área Presidente Alemán en el Activo de Producción Poza Rica

será colocada una bomba con un émbolo de 1 ¼” a una profundidad de 8500

pies, usando una sarta de varillas telescopiadas compuesta por una sección de

1”Ø, 7/8”Ø y ¾”Ø, y cada varilla de succión mide 25 pies de longitud.

Consultando las tablas 3 y 5 del anexo A, determinar lo siguiente:

a) El número de varilla y el porcentaje proporcionado a cada sección de

varillas.

b) La longitud de cada sección de varillas.

c) El número de varilla equivalente a cada sección.

d) El peso estático de cada sección de varillas.

e) El peso estático del total de la sarta de varillas.

a) De acuerdo a la tabla 3 del anexo A corresponde el No. de varilla 86.

1ª R1 = 1” Ø = 24.3 %

2ª R2 = 7/8” Ø = 24.5 %

3ª R3 = ¾” Ø = 51.2 %

R1, R2, R3, es el porcentaje fraccional de cada sección de varillas

respectivamente.

b) Longitud de cada sección.

Li = Ri LT

L1 = (8500) (0.243) = 2065.5 pies

L2 = (8500) (0.245) = 2082.5 pies

L3 = (8500) (0.512) = 4352 pies

c) Número de varillas por sección. Observación: todas las varillas miden 25 pies

de longitud.

L1 = 2065.2 25 = 83 varillas

L2 = 2082.5 25 = 83 varillas

L3 = 4352 25 = 174 varillas

d) El peso unitario de cada sección de varillas (m i) de acuerdo a la tabla 5 del

anexo A se tiene que:

La varilla de 1”Ø = 2.88 lbs-pie

La varilla de 7/8”Ø = 2.16 lbs-pie

La varilla de ¾”Ø = 1.63 lbs-pie


98

70500

SN2

Entonces:

Wri = (Li)(mi)

Wr1 = (2065.5) (2.88) = 5948.64 (lbs)

Wr2 = (2082.5) (2.16) = 4498.2 (lbs)

Wr3 = (4352) (1.63) = 7093.76 (lbs)

e) Peso total de la sarta de varillas(W r) es:

Wr = Wr1 + Wr2 + Wr3

Wr = 5948.64 + 4498.2 + 7093.76 = 17540.6 lbs.

También se puede calcular el peso total de la sarta de varillas mediante los

datos tomados de la tabla 3 del anexo A, donde se considera un promedio de peso

por unidad del total de la sarta de varillas.

2. De la tabla 3 del anexo A, a una sarta de varillas telescopiadas de 8500 pies, el

diámetro de una bomba de 1 ¾” , corresponde el número de varilla 86 y de la

misma tabla, el peso promedio de las varillas (mr) es de 2.185 lbs -pie. Calcular

el peso de la sarta de varillas.

Valores:

LT = 8500 pies

dp = 1 ¾”Ø

mr = 2.185 lbs-pie

Wr = (LT)(mr)

Wr = (8500)(2.185)

Wr = 18572.5 lbs

2) La carga por aceleración de la sarta de varillas

Las cargas máximas y mínimas por aceleración están dadas por (Wr ) y –(Wr ),

respectivamente.

El factor de aceleración es calculado mediante la ecuación de Mills:


99

Ejemplos de aplicación

1. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una carrera de 144 plg y una velocidad de

bombeo de 12 spm. Calcular el factor de aceleración.

Valores:

S = 144 plg

N = 12 spm

2. La Unidad de Bombeo Mecánico del pozo Poza Rica 101, tiene una carrera de 168 plg

y una velocidad de bombeo de 11 spm. Calcular el factor de aceleración.

Valores:

S = 168 plg

N = 11 spm

3. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una velocidad de bombeo de 12 spm y

carrera de 120 plg. Calcular el factor de aceleración.

Valores:

S = 120 plg

N = 12 spm

70500

SN 2

70500

12 144 2

0.2941

70500

SN 2

70500

11 168 2

.2883 0


100

3) Fuerza de flotación de las varillas

Considerando que la densidad de las varillas es de 490 lbs/pie3, el volumen de

la sarta de varillas y consecuentemente el volumen del fluido desplazado (V d) por

la sarta es:

Vd = Wr/490 lbs/plg3 (3.7)

La densidad del fluido desplazado en función de la densidad relativa es:

62.4 G lbs/pie

La fuerza de flotación de las varillas (F f), es decir, el peso del fluido

desplazado es entonces:

Ff = - (Wr/490) (62.4 G)

Ff = - 0.127 Wr G (3.8)

El signo negativo de la ecuación anterior indica que la fuerza de flotación es

siempre ascendente.

Ejemplos de Aplicación

1. Calcular la fuerza de flotación de las varillas o peso del fluido desplazado, a un pozo

con un peso total de sarta de varillas de 10300 lbs, con un fluido cuya densidad relativa es

de 0.870.

Valores:

Wr = 10300 lbs

G = 0.870

Ff= (-0.127)(Wr)(G)

Ff= (-0.127)(10300)(0.870)

Ff= -1138 lbs

70500

SN 2

70500

12 120 2

0.2451


101

2. Un pozo del Activo de producción Poza Rica, tiene una sarta telescopoiada con

un peso de 14820 lbs y un fluido con densidad relativa de 0.820. Calcular el peso

del fluido desplazado o fuerza de flotación de las varillas.

Valores:

Wr = 14820 lbs

G = 0.820

Ff = (-0.127) (Wr)(G)

Ff = (-0.127)(14820) (0.820)

Ff = -1543 lbs

3. Calcular la fuerza de flotación de las varillas, a un pozo con sarta telescopiada que tiene

un peso de 11350 lbs, y un fluido cuya densidad relativa es de 0.835.

Valores:

Wr = 11350 lbs

G = 0.835

Ff = (-0.127) (Wr) (G)

Ff = (-0.127) (11350) (0.835)

Ff = -1203 lbs.

4) Carga del fluido que se ejerce sobre la varil la pulida

La carga del fluido para determinar las cargas en la varilla pulida, será el peso

del fluido que es soportado por el área neta del émbolo. De acuerdo a esto, el

volumen de la columna de fluido (Vc), teniendo como base el área del émbolo

y la longitud total de la sarta de varillas será:

Vc = LT Ap/144 pie3 (3.9)

El volumen del fluido (Vf) va a ser la diferencia entre el volumen de la

columna de fluido sobre el émbolo, menos el volumen desplazado por la sarta (V d),

es decir:

Vf = (LT Ap/144) – (Wr/490) (3.10)

Entonces la carga del fluido (W f) será:

Wf = 62.4 G [(LT Ap/144) – (Wr/490)

Wf = 0.433 G (LT Ap – 0.294 Wr) (3.11)


102

La carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, es únicamente durant e

la carrera ascendente.

Ejemplos de aplicación

1. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo del Activo de

Producción Poza Rica, que tiene una sarta con una longitud de 4985 pies y un peso de

8125.5 lbs, el pozo tiene una tubería de producción de 2 7/8”Ø en el cual opera una

bomba de 1 ¾”Ø y un fluido con densidad relativa de 0.870.

De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 1 3/4”Ø le corresponde un área de la sección

transversal de la bomba de 2.405 plg2.

Valores:

LT = 4985 pies

Wr = 8125.5 lbs

dtp = 2 7/8”Ø

dP = 1 ¾”Ø

AP = 2.405 plg2

G = 0.870

Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)

Wf = (0.433) (0.870) [(4985) (2.405) – (0.294) (8125.5)

Wf = 3616.42 lbs.

2. El pozo Tajin 346 tiene una bomba con diámetro del émbolo de 2”Ø, operada por una

sarta de varillas telescopiadas con un peso de 6479.25 lbs y una longitud de 3975 pies,

el fluido del pozo tiene una densidad relativa de 0.820, el diámetro de la tubería de

producción es de 2 7/8”Ø. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla

pulida.

De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 2”Ø le corresponde un área de la sección


Valores:

LT = 3975 pies

Wr = 6479.25 lbs

dtp = 2 7/8”Ø

dP = 2”Ø

AP = 3.142 plg2

G = 0.820


103

Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)

Wf = 0.433 (0.820) [(3975) (3.142) –(0.294) (6479.25)

Wf = 3758.15 lbs.

3. Calcular la carga del fluido que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo del Activo de

Producción Poza Rica que tiene un fluido con densidad relativa de 0.835. El pozo tiene

bomba con émbolo de 1 ½”Ø, la sarta de varillas tiene un peso de 7132.88 lb y una

longitud de 4376 pie.

De la tabla 1 del Anexo A, a un émbolo de 1 ½”Ø le corresponde un área de la sección


Valores:

LT = 4376 pies

Wr = 7132.88 lbs

dP = 1 ½”Ø

AP = 1.767 plg2

G = 0.835

Wf = (0.433) (G) [(LT)(AP) – (0.294) (Wr)

Wf = (0.433) (0.835) [(4376) (1.767) – (0.294) (7132.88)

Wf = 2037.48 lbs.

5) Carga por fricción

La carga por fricción (F fric) en las Unidades de Bombeo Mecánico que ya

están en operación se puede estimar en carta dinamométrica. Dado que no se tiene

un dato exacto sobre ella, por lo que generalmente se elimina.

Para elevar una carga dada, la varilla pulida ejerce una fuerza ascendente

mayor que el peso muerto de las varillas y el fluido juntos, esta fuerza es conocida

como carga máxima de la varilla pulida y está compuesta de dos partes (1) el peso

muerto de las varillas y del fluido, (2) un componente adicional de fuerza. Esta

fuerza adicional es el llamado factor de aceleración ( ), el cual es expresado como

una fricción o porcentaje del peso muerto de las varillas y del fluido.

La carga máxima se tiene cuando se inicia la carrera ascendente, que es

cuando la carga de las varillas más el fluido se comienzan a levantar con una

aceleración máxima.

La carga mínima se tiene cuando se inicia la carrera descendente; ya que en

esta zona únicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el f actor de

aceleración.


104

Las ecuaciones de Mills para determinar la carga máxima y mínima de la

varilla pulida son las siguientes:

Para la unidad convencional (Clase I)

Wmáx = Wf + Wr (1 + ) – Ff + Ffric

(3.12)

Wmín = Wr (1- ) – Ff – Fric (3.13)

Sólo para propósitos de derivación en el desarrollo de la ecuación del efecto

de contrabalanceo ideal, las fuerzas de flotación y de fricción son consideradas,

pero comúnmente son desechadas. En el cálculo de la carga máxima y en el cálculo

de la carga mínima se elimina la fuerza de fricción, entonces:

Wmáx = Wf + Wr (1 + ) (lbs) (3.14)

Wmín = Wr (1 - - 0.127 G ) (lbs) (3.15)

Para unidad aerobalanceada (Clase III)

Wmáx = Wf+Wr(1+0.7 ) (lbs) (3.16)

El 0.7 es porque esta unidad utiliza únicamente el 70% de la aceleración para

revertir la carrera de la varilla pulida comparada con la unidad convencional.

Wmín =Wr(1-1.3 -0.127 G) (lbs) (3.17)

Para unidad Mark II (Clase III)

Wmáx = Wf + Wr (1+0.6 ) (lbs) (3.18)

Wmín = Wr (1-1.4 - 0.127 G) (lbs) (3.19)

Ejemplo de Aplicación para el Cálculo de Carga Máxima (Wmáx ) y Mínima (Wmín) en

la Varilla Pulida

Calcular la carga máxima y mínima que se ejerce sobre la varilla pulida, a un pozo

que tiene un fluido con densidad relativa de 0.870, el peso de la sarta de varillas es de

8125.5 lbs, y el peso del fluido es de 3616.42 lbs y un factor de aceleración de 0.2941.

Valores:

Wf = 3616.42 lbs

Wr = 8125.5 lbs


105

= 0.2941

G = 0.870

Unidad Convencional (Clase I)

Wmáx = Wf+Wr (1+ )

Wmín = Wr (1- -0.127 G)

Wmáx = Wf+Wr (1+ )

Wmáx = 3616.42+8125.5 (1+0.2941)

Wmáx = 14131.62 lbs

Wmín = Wr [1- -0.127)(G)]

Wmín = 8125.5 [1-0.2941-(0.127)(0.870)]

Wmín = 4838 lbs

Wmín = 4838 lbs Unidad aerobalanceada (Clase III)

Wmáx = Wf+Wr [1+(0.7)( )]

Wmáx = 3616.42+8125.5 [1+(0.7)(.2941)] Wmáx = 13414.71 lbs

Wmín = Wr (1-1.3 -0.127 G)

Wmín = 8125.5[1-(1.3)(0.2941)-(0.127)(0.87)]

Wmín = 4121.09 lbs

Unidad Mark II (Clase III)

Wmáx = Wf + Wr (1+0.6 )

Wmáx = 3616.42+8125.5 [1+(0.6)(0.2941)]

Wmáx = 13175.74 lbs

Wmín = Wr [1-1.4 -0.127G]

Wmín = 8125.5 [1-(1.4)(.2941)-(0.127)(0.870)]

Wmín = 3882.12 lbs

Levantar una carga máxima con alta aceleración ocasiona una mayor carga

estructural, lo que a su vez produce una mayor tensión en las varillas. Es por esta

razón que se debe verificar que la tensión máxima prevista, no sea mayor que la

tensión máxima de trabajo permisible.

La tensión máxima en la parte superior de toda la sarta de varillas (de un

solo diámetro o telescopiadas), va a ser calculada dividiendo la carga máxima de la

varilla pulida entre el área de la sección transversal de la varilla superior.


106

(3.20)

Ejemplo de Aplicación de la Tensión Máxima en la parte Superior de la Sarta

de Varillas

Un pozo tiene una carga máxima en la varilla pulida de 13175.74 lbs, y tiene una

sarta de varillas de un solo diámetro el cual es de ¾” . Calcular la tensión máxima

en la parte superior de la sarta de varillas. El pozo opera con una Unidad de

Bombeo Mecánico Mark II.

Valores:

Consultando la tabla 5 del anexo A, para la varilla de ¾” corresponde un área de

0.442 plg2.

Wmáx = 13175.74 lbs.

A top =0.442 plg2

S máx = 29809.36 lbs/plg2

El criterio de comparar la tensión máxima a la que estará sometida la sarta

de varillas diseñada, es tan importante que si ésta es mayor que la tensión de

trabajo permisible (usualmente es de 30000 lbs/plg2), la sarta de varillas tendrá

que ser rediseñada.

La tensión a la cual ocurren fallas en la varilla es el llamado límite

proporcional del material, este límite no es un criterio para establecer la tensión

máxima de trabajo permisible para las varillas, ya que se tienen ciertas fallas por

fatiga, las cuales generalmente ocurren a tensiones por debajo del límite

proporcional. Entonces se considera el endurecimiento límite como la tensión

máxima que puede aplicarse a un miembro. El límite de endurecimiento para las

varillas depende de: (1) los componentes presentes en el acero, (2) los agent es

corrosivos presentes en el fluido y (3) el rango de tensión al que están sujetas las

varillas. La tabla 18 del apéndice A, resume los grados de acero más usados, dando

su composición y su límite de endurecimiento.

top A

máx W

máx S

top A

máx W

máx S

lbs/plg2

36 . 29809 442 . 0

74 . 13175 S máx


107

Ejemplo del Diseño de la Sarta de Varillas

Una bomba con émbolo de 2”Ø será colocada a 8500 pies usando una sarta

de varillas telescopiadas compuesta por una sección de ¾”, 7/8” y 1” . Cada

varilla de succión es de 25 pies de longitud. Determinar la longitud de cada

sección de la sarta de varillas para que se logre cubrir la profundidad de colocación

de la bomba. De acuerdo con la tabla 3 del apéndice A, se tiene que la varilla que

maneja la combinación de ¾”, 7/8” y 1”, es la No. 86 y además, para un émbolo de

2Ø”, se tiene que:

R1 = 33.9% varilla de ¾”

R2 = 33.2% varilla de 7/8”

R3 = 32.8% varilla de 1”

Entonces:

L1 = (8500) (0.339) = 2881.5 pies.

L2 = (8500) (0.332) = 2822 pies.

L3 = (8500) (0.328) = 2788 pies.

Pero considerando que la longitud de cada varilla es 25 pies, en tonces la

longitud de cada sección será de:

L1 = 2875 pies.

L2 = 2825 pies.

L3 = 2800 pies.

Ejemplo de aplicación para diseñar una sarta de varillas telescopiadas.

En un pozo del campo petrolero Papantla, será instalada una bomba de inserción

con un émbolo de 1 ¾”Ø, utilizando una sarta de varillas telescopiada consistente

en varillas de ¾”, 7/8” y 1” de diámetro, considerando que todas las varillas miden

25 pies de longitud. Determinar la longitud de cada sección de la sarta de varillas.

Ri = Li/LT ; Li = (Ri)(LT) i = 1, 2, 3…..,n

De acuerdo a la tabla 4 del anexo A, se tiene que las relaciones de longitud que corresponden a estas sartas de varillas combinadas, son:

R1 = 0.664-0.0894 Ap

R2 = 0.181+0.0478 Ap

R3 = 0.155+0.0416 Ap

Para este diámetro de émbolo, de acuerdo a la tabla 1 del anexo A, el valor

de Ap es igual a 2.405 plg2.


108

Entonces:

Li = (Ri)(LT) i = 1, 2, 3…..,n

Valores:

R1 = 0.664-0.0894 Ap

R2 = 0.181+0.0478 Ap

R3 = 0.155+0.0416 Ap

LT = 8500 pies

Ap = 2.405 plg2

Li = (Ri)(LT)

L1 = [0.664-(0.0894)(2.405)] (8500) = 3816.44 pies

L2 = [0.181+(0.0478)(2.405)] (8500) = 2515.65 pies

L3 = [0.155+(0.0416)(2.405)] (8500) = 2167.90 pies

Las longitudes se requieren en múltiplos de 25 pies, ya que todas las varillas de

succión miden 25 pies, entonces:

L1 = 3800 pies

L2 = 2525 pies

L3 = 2175 pies

3.5 CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO

El volumen de aceite manejado durante cada carrera del émbolo no depende

de la longitud de carrera de la varilla, si no de un movimiento relativo del émbolo

en el barril de trabajo. Este movimiento es conocido como carrera efectiva del

émbolo y difiere significativamente de la carrera de la varilla pulida. Esta

diferencia se debe a las elongaciones en la varilla (e r) y en la tubería (et), así como

también a la sobrecarga del émbolo (ep) como resultado de la aceleración.

La carrera efectiva del émbolo, es la carrera de la varilla pulida disminuida por los

efectos de elongación en las varillas y la tubería, debido a la carga del fluido e

incrementada por el efecto de la sobrecarga del émbolo como resultado de la aceleración.

Por lo tanto la carrera efectiva del émbolo es:

Sp = S + ep – (et + er) (3.21)


109

Donde todos los términos involucrados en la ecuación anterior deberán estar

expresados en pulgadas.

ELONGACIONES DE LA TUBERÍA (et) Y LA VARILLA (er)

Dado que las válvulas viajera y de pie, abren y cierran durante el ciclo de bombeo, la carga del fluido es transferida alternativamente de la tubería a la sarta de varillas, lo que ocasiona deformaciones elásticas periódicas. Durante la carrera descendente, cuando la válvula de pie está cerrada y la válvula viajera está abierta, la carga del fluido está sobre la tubería, lo que provoca una cierta elongación en este miembro, en cambio, al inicio de la carrera ascendente, cuando la válvula viajera está cerrada y la válvula de pie está abierta, se origina una elongación en las varillas.

La restauración de la longitud original de la tubería ocasiona que el barril de

trabajo se mueva hacia arriba y la elongación de las varillas provoca que el émbolo

se mueva hacia abajo. Sin embargo, la carrera efectiva del émbolo disminuye en

una cantidad igual a la suma de las elongaciones.

Para una deformación elástica, se tiene una relación constante entre la

tensión aplicada al cuerpo de la varilla y el esfuerzo interno de la misma; esta

relación es el llamado “módulo de elasticidad” (E), el cual depende del tipo de

material manejado.

Si la tensión es una fuerza (F) aplicada sobre una unidad de área (A), entonces:

Tensión = F/A (lbs/plg2) (3.22)

El esfuerzo interno es un cambio fraccional en la longitud.

(3.23)

Si la tensión es una fuerza (F) aplicada sobre una unidad de área (A), entonces:

Tensión = F/A (lbs/plg2) (3.24)

interno Esfuerzo

Tensión E


110

El esfuerzo interno es un cambio fraccional en la longitud.

(3.25)

Sustituyendo las ecuaciones (3.24) y (3.25) en la ecuación (3.23):

(3.26)

Entonces, la elongación del elemento de análisis será:

(3.27)

Donde la fuerza (F), debido a la carga del fluido, resulta de la presión

diferencial ( p) que se tenga a través del émbolo y que actúa sobre el área total del

émbolo (Ap).

F = p Ap (3.28)

Si se considera que la bomba se coloca a la profundidad del nivel dinámico

(D), la presión diferencial será la presión de una columna de fluido de densidad

relativa (G) a una profundidad LT.

p = 0.433 G LT (3.29)

Para un caso más general, la presión debajo del émbolo debido a la columna

de fluido en la tubería de revestimiento, será mayor de L-D, entonces:

p = 0.433 G LT– 0.433 G (LT-D)

p = 0.433 GD (3.30)

Sustituyendo la ecuación anterior en la ecuación (3.28):

F = 0.433 G D Ap (3.31)

LT 12

e interno Esfuerzo

A e

LT F 12

LT e/12

F/A E

A E

LT F 12 e


111

Sustituyendo la ecuación (3.31) en la ecuación (3.27):

(3.32)

Entonces, de acuerdo con la ecuación anterior, la elongación de la varilla será:

(3.33)

La elongación de la tubería será:

(3.34)

En el caso de una sarta de varillas telescopiadas la ecuación (3.33) aplicará

a cada sección, de tal forma que la elongación de las varillas será:

(3.35)

Estos valores de elongación también pueden calcularse con las siguientes fórmulas:

er = Er Wf LT (3.36)

et = Et Wf LT (3.37)

SOBRECARRERA DEL ÉMBOLO

Además de las elongaciones de la tubería y las varillas se debe considerar la

elongación originada por el peso de las varillas flotando en el fluido, debido a la

aceleración de las mismas en cada carrera del émbolo, esta elongación es llamada

sobrecarrera del émbolo.

En una sarta, el peso de la varilla va aumentando gradualmente desde cero

en el fondo hasta Wr en la parte superior. En promedio, el peso de la sarta que

origina la elongación es de W r/2 y en términos de longitud será de LT/2. De tal

A E

LT Ap D 5.20G e

A E

12 (0.433 GD Ap) LT e

5.20 GD Ap LT

E At et

5.20 GD Ap LT

E Ar e r

5.20 GD Ap

E e

L1

Ar1

L2

Ar2

Ln

Arn …

.. + + +


112

forma que la elongación de las varillas como resultado de su propio peso, al final

de la carrera descendente (ed) y de acuerdo con la ecuación (3.6) será:

(3.38)

Recordando que, en la carrera descendente se tiene la máxima carga por

aceleración (+Wr ) y que cerca del tope de la carrera ascendente, justo cuando

las varillas comienzan a bajar, se tiene la mínima carga por aceleración (-Wr ),

entonces la elongación de las varillas al final de la carrera ascendente (e u) será:

(3.39)

La elongación neta, resultante de la aceleración o de la sobrecarga del émbolo se

obtiene sustituyendo las ecuaciones (3.28) y (3.29), entonces:

:

(3.40)

Y el peso de la sarta es:

Wr = pr LT Ar/144 (3.41)

Donde pr es la densidad del acero de las varillas de succión, y es

aproximadamente 490 lbs/pie3.

Sustituyendo la ecuación (3.41) en la ecuación (3.40); se obtiene la ecuación

(3.42):

(3.42)

Finalmente, se tiene la ecuación planteada por Marsh-Coberly, basada en la

ecuación (3.21), en la cual, sustituyendo las ecuaciones (3.33), (3.34) y (3.42) se

tiene que para sarta de varillas de un solo diámetro:

(3.43)

Ar d

E e

12 (Wr + Wr LT/2

E Ar

eu 12 (Wr + Wr LT/2

Ar E

LT Wr 12 e e e

u d p

E

LT 40.8

144

LT A 490

Ar E

12 e

2 r

p

LT

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E

1

At

1

Ar + Sp = S +


113

Y para la sarta de varillas de varios diámetros (telescopiada):

(3.44)

Ejemplo de Aplicación

1. En un pozo del campo petrolero Tajín se instalará una bomba de inserción con

un émbolo de 1 ¾” en el interior de una tubería de producción de 2 7/8” a

una profundidad de 3500 pies, se considera que el nivel de fluido en la tubería

de revestimiento está a la profundidad de colocación de la bomba con un gasto

o producción en la superficie de 150 BPD de un fluido con una densidad

relativa de 0.825, la Unidad de Bombeo Mecánico deberá operar con una

carrera en la varilla pulida de 100 plg, a una velocidad de bombeo de 11 spm y

la sarta de varillas será de un solo diámetro de ¾” . Calcular la carrera

efectiva del pistón (Sp) considerando la tubería de producción desanclada y

anclada.

Datos:

dp = 1 ¾”

dtp = 2 7/8”

LT = 3500 pies

dr = ¾”

N = 11 spm

S = 100 plg

q = 150 BPD

G = 0.825

D = 3500 pies

Cálculo con la Tubería de Producción desanclada.

Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que para una varilla de ¾” , el área

que le corresponde es de:

Ar = 0.442 plg2

Consultando la tabla 7 del anexo A, se tiene que para una tubería de 2 7/8” , el

área que le corresponde es de:

At = 1.812 plg2

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E Sp = S +

LT

At

L1

Ar1 +

L2

Ar2

L3

Ar3 + +


114

Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que para un émbolo de 1 ¾” , el área


Ap = 2.405 plg2

Cálculo del factor de aceleración .

= 0.1716

Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp).

Valores:

S = 100 plg

LT = 3500 pies

= 0.1716

G = 0.825

D = 3500 pies

Ap = 2.405 plg2

E = 30 x 106

lbs/plg2

At = 1.812 plg2

Ar = 0.442 plg2

Sp = 100 + 2.8588 – (4.2129) (2.8143)

Sp = 102.8588 – 11.8564

Sp = 91 plg

70500

SN 2

70500 (100) (11)

2

(40.8)(3500)2(0.1716)

30 X 106

Sp = 100 + (5.20) (0.825)(3500)(2.405)(3500)

30 X 106

1 +

1.812

1

0.442

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E

1

At

1

Ar + Sp = S +


115

Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp) con la tubería de producción

anclada, donde los términos que involucran a A t se eliminan, ya que al estar la

tubería de producción anclada, ésta no tiene elongaciones provocadas por el

movimiento, entonces el valor es At = O

Sp = 100 + 2.8588 – (4.2129) (2.2624)

Sp = 102.8588 – 9.5314

Sp = 93.32 Plg

Ejemplo de Aplicación de la carrera efectiva del pistón con una sarta de

varillas telescopiada y la tubería de producción desanclada.

2. En un pozo petrolero del campo Papantla, tiene instalado un émbolo de 1

¼”Ø,el cual es operado por una sarta de varillas telescopiadas de 1”Ø,7/8”Ø y

¾”Ø dentro de una tubería de producción de 2 7/8”Ø, con una longitud de 8500

pies; el nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma

profundidad de colocación de la bomba. La Unidad de Bombeo Mecánico opera

con una carrera en superficie de 144 plg con un factor de aceleración de

0.2883; y el fluido del pozo tiene una densidad relativa de 0.820. calcular la

carrera efectiva del pistón.

Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que para una varilla de 1”Ø,7/8”Ø y

¾” , el área que le corresponde es respectivamente de:

Ar1 = 0.785 plg2

Ar2 = 0.601 plg2

Ar3 = 0.442 plg2

Consultando la tabla 7 del anexo A, se tiene que para una tubería de 2 7/8” , el

área que le corresponde es de:

At = 1.812 plg2

Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que para un émbolo de 1 ¼” , el área


Ap = 1.227 plg2

f) De acuerdo a la tabla 3 del anexo A corresponde el No. de varilla 86.

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E

1

Ar Sp = S +

(40.8)(3500)2(0.1716)

30 X 106

Sp = 100 + (5.20) (0.825)(3500)(2.405)(3500)

30 X 106

1

0.442


116

1ª R1 = 1” Ø = 24.3 %

2ª R2 = 7/8” Ø = 24.5 %

3ª R3 = ¾” Ø = 51.2 %

R1, R2, R3, es el porcentaje fraccional de cada sección de varillas

respectivamente.

g) Longitud de cada sección.

Li = Ri LT

L1 = (8500) (0.243) = 2065.5 pies

L2 = (8500) (0.245) = 2082.5 pies

L3 = (8500) (0.512) = 4352 pies

Valores:

S = 144 plg

LT = 8500 pies

= 0.1716

G = 0.820

D = 8500 pies

Ap = 1.227 plg2

E = 30 x 106

lbs/plg2

At = 1.812 plg2

Ar1 = 0.785 plg2

Ar2 = 0.601 plg2

Ar3 = 0.442 plg2

L1 = 2065.5 pies

L2 = 2082.5 pies

L3 = 4352 pies

1.- Cálculo de la carrera efectiva del pistón (Sp).

Sp = 172.32 - 0.001482379 20633.37

Sp = 172.32 - 30.58

Sp = 141.74 plg

Ejemplo de aplicación considerando la tubería de producción anclada eliminando

de la fórmula los términos que involucren a A t.

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E Sp = S +

LT

At

L1

Ar1 +

L2

Ar2

L3

Ar3 + +

(40.8)(8500)2(0.2883)

30 X 106Sp = 100 +

(5.20) (0.820)(8500)(1.227)

30 X 106

8500+

1.812

2065.5

0.785

2082.5

0.601+ +

4352

0.442Sp = 144


117

Sp = 172.32-0.001482379 15955.88

Sp = 172.32-23.65

Sp = 148.67 plg.

Para el caso de tubería anclada, no se tienen elongaciones en ella y por lo

tanto, en las ecuaciones anteriores, se desprecian los términos que involucran a At.

3.6 POTENCIA DE ARRANQUE NECESARIA

En el movimiento del fluido en la bomba, se consideran dos potencias, la

potencia hidráulica (Hh), que es una expresión muy útil para calcular el consumo

de energía y la potencia por fricción (Hf).

Para la potencia hidráulica, se tiene que si un gasto en barriles por día de un

fluido con densidad relativa (G), se bombea desde una profundidad (LT) en pies, la

potencia involucrada será:

Hh = 7.36 x 10-6

q G LT (hp) (3.45)

Esta ecuación considera que la bomba está colocada a la profundidad del

nivel dinámico y que el efecto de presión en la tubería es despreciado. Una

expresión más general, sería:

Hh = 7.36 x 10-6

q G LN (hp) (3.46)

Donde, el nivel neto (LN), es una diferencia de presión expresada en

longitud de columna hidráulica, la cual originará que el fluido viaje desde la

bomba hasta la superficie. Se tienen dos niveles diferentes, uno debido a los

efectos de presión en la tubería de revestimiento (representa una fuerza que tiende

a levantar el fluido) y otro a los efectos de presión en la tubería de producción.

(representa una fuerza contra la cual la bomba debe trabajar). En términos de

longitud, el efecto de presión en la tubería de revestimiento es la diferencia entre

40.8 LT2

E

5.20 G D Ap LT

E Sp = S +

L1

Ar1

L2

Ar2

L3

Ar3 + +

pie/min/hp lbs 33000 x min/día 1440

pie L x bls/blsG 350 x bls/día qH T

h

(5.20) (0.820)(8500)(1.227)

30 X 106

(40.8)(8500)2 (0.2883)

30 X 106

S p = 144

+

+ 2065.5

0.785

2082.5

0.601 +

4352

0.442 +


118

la profundidad de colocación de la bomba y la profundidad del nivel dinámico, es

decir, LT - D. El efecto de presión en la tubería de producción P tp, se obtiene como

un nivel equivalente a ésta y es:

(3.47)

Entonces, el nivel neto de acuerdo a las presiones manejadas, considera la

presión a la profundidad de colocación de la bomba, menos la presión en la tubería

de revestimiento, más la presión equivalente en la tubería de producción.

LN = D + 2.31 (P tp/G) (3.48)

Ejemplo de Aplicación para calcular el Nivel Neto (LN)

El nivel dinámico es igual al resultado de la resta de la profundidad de

colocación de la bomba menos la distancia en la que se encuentra sumergida ésta

en el fluido (sumergencia de la bomba).

Calcular el nivel neto a un pozo con una profundidad de colocación de la bomba de

5320 pies la cual se encuentra sumergida 325 pies, el fluido del pozo tiene una densidad

relativa de 0.870 y la presión en la tubería de producción es de 70 lbs/plg2.

Valores:

Profundidad de colocación de la bomba = 5320 pies

Distancia a la que se encuentra sumergida la bomba = 325 pies

D = 5320 – 32 = 4995 pies

Ptp = 70 lbs/plg2

G = 0.870

LN = D + 2.31 (P tp/G)

LN = 4995+2.31 (70/0.870)

LN = 5180.86 pies

pie0.433G

P

lbs/pieG 62.4

/pieplg 144 lbs/plgP

pt

3

222

tp

G 0.433

PDLLL

tp

TTN


119

Un pozo del área Papantla en el Activo de Producción Poza Rica, tiene una

bomba colocada a 8500 pies y se encuentra sumergida 400 pies, la presión en la

tubería de producción es de 90 lbs/plg2 y la densidad relativa del fluido del pozo

es de 0.825. calcular el nivel neto.

Valores:



D = 8500 – 400 = 8100 pies

Ptp = 90 lbs/plg2

G = 0.825

LN = D + 2.31 (P tp/G)

LN = 8100 + 2.31 (90/0.825)

LN = 8352 pies

Calcular el nivel neto a un pozo con una profundidad de colocación de la bomba de

6100 pies la cual se encuentra sumergida 950 pies, el fluido del pozo tiene una densidad

relativa de 0.850 y la presión en la tubería de producción es de 110 lbs/plg2.

Valores:



D = 6100 – 950 = 5150 pies

Ptp = 110 lbs/plg2

G = 0.850

LN = D + 2.31 (P tp/G)

LN = 5150 + 2.31 (110/0.850)

LN = 5448.95 pies

Para la potencia por fricción se consideran las pérdidas de energía por la

fricción entre la bomba y la varilla pulida.

Empíricamente se ha encontrado que las pérdidas de energía por fricción en

cada carrera pueden ser calculadas a partir de:

1/8 Wr x 2 S = 0.25 Wr S (lbs-plg)

Si se considera una velocidad de bombeo de N (spm), la potencia por fricción, es:

pie/min/hplbs 33000 x plg/pie 12

plg/minlbs N S r

W0.25

fH


120

Entonces:

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N (hp) (3.49)

Ejemplo de Aplicación de Potencia por Fricción (H f)

1. Un pozo del área Poza Rica, tiene una Unidad de Bombeo Mecánico operando con una

carrera de 144 plg y una velocidad de bombeo de 13 spm. El peso total de la sarta de

varillas es de 14000 lbs. Calcular la potencia por fricción con la cual opera la Unidad de

Bombeo Mecánico.

Valores:

Wr = 14000 lbs

S = 144 plg

N = 13 spm

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(14000)(144)(13)

Hf = 16.53 hp

2. Un pozo del área Presidente Alemán del Activo de Producción Poza Rica, tiene una

Unidad de Bombeo mecánico operando con una velocidad de bombeo de 13 spm y una

carrera de 128 plg que opera una sarta de varillas con un peso de 11320 lbs. Calcular la

potencia por fricción con la que opera la Unidad de Bombeo Mecánico.

Valores:

Wr = 11320 lbs

S = 128 plg

N = 13 spm

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(11320)(128)(13)

Hf = 11.88 hp

3. Calcular la potencia por fricción con la que opera una Unidad de Bombeo Mecánico

que tiene una carrera de 144 plg y una velocidad de bombeo de 13 spm. El peso de la

sarta de varillas es de 8365 lbs

Valores:

Wr = 8365 lbs

S = 144 plg

N = 13 spm


121

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(8365)(144)(13)

Hf = 9.88 hp

Finalmente, se tiene que la potencia total de la varilla pulida es la suma de

la potencia hidráulica más la de fricción, sin embargo, la potencia total de arranque

para el motor primario involucra la potencia total de la varilla pulida y un factor de

seguridad que logre absorber las pérdidas de potencia sin equipo superficial

adicional. Se considera como bueno un factor de seguridad de 1.5, de tal forma que

la potencia de arranque necesaria para el motor (Hb) será:

Hb = 1.5 (Hh + Hf) (3.50)

Ejemplo de Aplicación de Potencia de Arranque del Motor (h b)

1. Una Unidad de Bombeo Mecánico opera con una potencia hidráulica de 10.56 hp y una

potencia por fricción de 16.53 hp. Calcular la potencia de arranque necesaria del motor.

Valores:

Hh = 10.56 hp

Hf = 16.53 hp

Hb = 1.5 (Hh+Hf)

Hb = 1.5 (10.56+16.53)

Hb = 40.63 hp

El fabricante recomienda un margen de maniobra o tolerancia del 25 % en la

potencia especificada por él, debido al ciclo de carga. Entonces:

(40.63) (1.25)= 50.7 hp

El resultado de este cálculo, es la potencia necesaria que debe tener el motor principal para

poner en operación la Unidad de Bombeo Mecánico.

2. Calcular la potencia necesaria de arranque del motor que opera una Unidad de Bombeo

Mecánico con una potencia hidráulica de 12.52 y una potencia por fricción de 11.88 hp.

Valores:

Hh = 12.52 hp

Hf = 11.88 hp

Hb = 1.5 (Hh+Hf)

Hb = 1.5 (12.52+11.88)

Hb = 36.6 hp


122



(36.6) (1.20)= 43.92 hp



3. La potencia hidráulica en una Unidad de Bombeo Mecánico es de 11.16 hp y la

potencia por fricción es de 9.88 hp. Calcular la potencia necesaria de arranque del

motor

Valores:

Hh = 11.16 hp

Hf = 9.88 hp

Hb = 1.5 (Hh+Hf)

Hb = 1.5 (11.16+9.88)

Hb = 31.56 hp



(31.56) (1.27)= 40 hp



Ejemplo de Aplicación de Potencia Hidráulica (Hh)

1. Un pozo del área Poza Rica con sistema artificial de explotación de bombeo mecánico,

produce en superficie 310 BPD de un fluido con densidad relativa de 0.870. el nivel

neto se encuentra a 5320 pies. Calcular la potencia hidráulica.

Valores:

q = 310 BPD

G = 0.870

LN = 5320 pies

Hh = 7.36x10-6

(q)(G)(LN)

Hh = (7.36 x 10-6

)(310)(0.870)(5320)

Hh = 10.56 hp


123

2. Calcular la potencia hidráulica, a un pozo que tiene su nivel neto a 4855 pies, de un

fluido con densidad relativa de 0.825 y que tiene una producción en superficie de 425

BPD.

Valores:

q = 425 BPD

G = 0.825

LN = 4855pies

Hh = 7.36x10-6

(q)(G)(LN)

Hh = 7.36 x 10-6

(425)(0.825)(4855)

Hh = 12.52 hp

3. El nivel neto de un pozo con Unidad de Bombeo Mecánico es de 8500 pies, el fluido

del pozo tiene una densidad relativa de 0.850, el pozo tiene una producción en

superficie de 210 BPD. Calcular la potencia hidráulica.

Valores:

q = 210 BPD

G = 0.850

LN = 8500 pies

Hh = 7.36x10-6

(q)(G)(LN)

Hh = 7.36 x 10-6

(210)(0.850)(8500)

Hh = 11.16 hp

Ejemplo de Cálculo

Un pozo con bombeo mecánico tiene una bomba cuyo émbolo es de 1 ¾”

instalada a 4560 pies con una sarta de varillas de succión de ¾” . Si la tubería

está anclada y se tiene una velocidad de bombeo de 20.5 spm, una carrera de

varilla pulida de 64 plg y una producción de 355 BPD de fluido cuya densidad

relativa es de 0.870, considerando que la profundidad de colocación de la bomba

esta a la profundidad del nivel dinámico, y que la presión en la tubería de

revestimiento es despreciada.

a) Calcule la mínima potencia relacionándola con la especificada por el

fabricante, para que se pueda utilizar este motor, si el fabricante recomienda

una tolerancia o margen de maniobra del 25% en la potencia especificada por

él, debido a la carga del ciclo.


124

Consultando la tabla 5 del anexo A, se observa que la varilla de ¾” tiene un peso

unitario de 1.63 lbs/pie. Entonces:

Wri = (LT) (mi)

Wr1 = (4560) (1.63)

Wr1 = 7432.8 lbs

La potencia hidráulica será:

Hh = (7.36 x 10-6

)(q)(G)(LN)

Hh = (7.36 x 10-6

)( 355)( 0.870)(4560)

Hh = 10.36 hp

Para una velocidad de bombeo de 20.5 spm, la potencia por fricción, es:

Hf = (6.31 x 10-7

)(Wr )(S)(N)

Hf = (6.31 x 10-7

)(7432.8)(64)(20.5)

Hf = 6.15 hp

Entonces, la potencia de arranque requerida por el motor primario será de:

Hb = 1.5 (Hh + Hf)

Hb = 1.5 (10.36 + 6.15)

Hb = 24.76 hp

Para que se tenga esta potencia, de acuerdo con la tolerancia que se

recomienda, el total debe ser de:

(24.76) (1.25)= 30.95 hp



b) Determine cuál es el nivel de fluido para este pozo, si la presión en la tubería

de producción es de 50 lbs/plg2 manométrica., y la distancia que se encuentra

sumergida la bomba es de 250 pies.

Considere que la tubería de revestimiento está a la presión atmosférica.

D = (Profundidad de colocación de la bomba) – (distancia que se encuentra

sumergida la bomba en el fluido)

D = 4560 pies – 250 pies.

D = 4310 pies.

El nivel de fluido neto (LN) está dado por:

.

LN = D + 2.31 (P tp/G)

LN = 4310 + 2.31 (50/0.870)

LN = 4443 pies.

UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA IV

125

4.0 MÉTODOS EMPLEADOS EN LA SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO

MECÁNICO.

En el diseño de instalaciones de bombeo mecánico, existen diferentes

procedimientos, a continuación se presentan dos que son los que más se utilizan en

el Activo de Producción Poza Rica, cada uno con el desarrollo de los factores

principales involucrados en el diseño de la unidad de bombeo mecánico.

Los procedimientos son:

I.- Método Craft Holden.

II.- Método API-RP-11L.

4.1 MÉTODO CRAFT-HOLDEN

La información que debe conocerse para determinar las cargas y

desplazamientos de la bomba en el diseño de una instalación de bombeo mecánico

son:

1. Nivel de fluido (elevación neta).

2. Profundidad de colocación de la bomba.

3. Velocidad de bombeo.

4. Longitud de la carrera superficial.

5. Diámetro del émbolo.

6. Densidad relativa del fluido.

7. Diámetro nominal de la tubería de

producción y si está anclada o desanclada.

8. Tamaño y diseño de las varillas de succión.

9. Geometría de la unidad.

Con esta información se pueden calcular los siguientes parámetros:

1. Carrera del émbolo.

2. Desplazamiento de la bomba.

3. Carga máxima en la varilla pulida.

4. Carga mínima en la varilla pulida.

5. Torsión máxima en la manivela.

(Cuando también se conoce el factor de

torsión de la unidad)

6. Potencia en la varilla pulida.

7. Contrapeso requerido.

La selección para el problema de diseño se logra a través del ensayo y error.

Generalmente se requieren 3 pasos en el diseño de una instalación, los cuales son:


126

1. Se efectúa una selección preliminar de los componentes de la instalación.

2. Las características de operación de la selección preliminar se calculan

utilizando las fórmulas básicas, tablas y figuras presentadas más adelante.

3. El desplazamiento y cargas de la bomba se compararon con los volúmenes,

rangos de carga, esfuerzos y otras limitaciones de la selección preliminar.

Puede ser necesario hacer otras selecciones y cálculos para no exceder las

limitaciones de varios componentes de la instalación en su arreglo. Frecuentemente

es necesario efectuar más de una selección de equipo antes de obtener la selección

óptima.

A continuación se presenta el análisis y desarrollo de los principales

factores involucrados en el diseño de una unidad de bombeo mecánico. Así como

también las tablas y figuras necesarias.

ANÁLISIS TEÓRICO DEL MOVIMIENTO DE VARILLAS DE SUCCIÓN

Factor de aceleración.

El factor de aceleración por el que se debe multiplicar el peso muerto de las

varillas para obtener la máxima carga de aceleración se expresa de la siguiente

forma:

(4.1)

Considerando un movimiento armónico de las varillas, una partícula del

cuerpo se proyecta alrededor de un círculo de referencia cuyo diámetro es la

longitud de la carrera de la varilla pulida; el tiempo para una revolución de la

partícula alrededor del círculo es igual al tiempo de un ciclo completo de bombeo.

El factor de aceleración máxima al inicio de la carrera ascendente o descendente,

se expresa en función de la velocidad de la partícula (Vp) de la siguiente forma:

(4.2)

Considerando que Vp está dada por el desplazamiento angular por unidad de

tiempo, se tiene la siguiente expresión para Vp:

(4.3)

Si N es el número de revoluciones por unidad de tiempo, entonces:

(4.4)

g

a

g cr

2pV

α

Tcr π 2

pV

T

1N


127

Sustituyendo la ecuación (4.4) en la (4.3), se obtiene la siguiente ecuación:

Vp= 2 rc N (4.5)

Sustituyendo (4.5) en (4.2) se obtiene la siguiente expresión para el factor de

aceleración; dado por la ecuación (4.6).

(4.6)

Para un pozo que está en producción, N es la velocidad de bombeo, y r c es el

radio del círculo, lo cual se relaciona con la carrera de la varilla pulida, como se

indica a continuación:

(4.7)

Entonces la ecuación (4.6) se expresa como:

(4.8)

La longitud de la carrera de la varilla pulida es obtenida normalmente en

pulgadas y la velocidad de bombeo en emboladas por minuto, por lo tanto:

(4.9)

g cr

2N 2

cr 2π 4

g cr

2p

V

g

2N S 2π 2

g

2Ncr24π

α

2

Src

70500

2SN

2seg 3600

21minx

Pg 12

pie 1x

2pie/seg

2Plg/min

32.2

2SN 2π 2


128

Carrera efectiva del émbolo

Para una deformación elástica, esto es, una relación constante entre la

tensión aplicada a un cuerpo y la fatiga resultante.

E = Módulo de elasticidad = Esfuerzo/Deformación

El esfuerzo es una fuerza aplicada por unidad de área.

(4.10)

La deformación es un cambio pequeño en la longitud que expresado en función de

la longitud total se llama deformación unitaria, entonces:

(4.11)

Comúnmente la fuerza (F) es expresada en libras y el área de sección

transversal de un cuerpo bajo tensión en pulgadas cuadradas. La elongación (e) y

la longitud original L del cuerpo (sarta de varillas), son expresadas en pulgadas y

pies respectivamente, por lo tanto, la ecuación (4.11) se escribe:

(4.12)

Sustituyendo las ecuaciones (4.10) y (4.12) en la definición del módulo de elasticidad, se

obtiene la siguiente expresión:

(4.13)

La elongación del cuerpo se calcula por medio de la siguiente ecuación:

(4.14)

La fuerza debido a la carga del fluido es la presión diferencial a través del

émbolo (con la bomba a una profundidad LT), actuando sobre el área total del

émbolo Ap. Esta fuerza se calcula por medio de la siguiente ecuación:

F = p x Ap (4.15)

A

FEsfuerzo

TL 12

enDeformació

TL

enDeformació

A E

L F 12e T

A e

L F 12

e/12L

F/AE T

T


129

Si se supone que la bomba está colocada al nivel dinámico del fluido en el

pozo, la presión diferencial será la presión de una columna de fluido de densidad

relativa (G) a una profundidad (LT), y se calcula mediante la siguiente expresión:

p = 0.433 G LT (4.16)

Cuando el nivel dinámico del fluido está a la profundidad D, se debe

considerar la presión bajo el émbolo, debido a la columna en la tubería de

revestimiento resultante:

p = 0.433 G LT – 0.433 G (LT - D)

p = 0.433 G D (4.17)

De las ecuaciones (4.14), (4.15) y (4.17) se obtiene una nueva expresión

para calcular la elongación del cuerpo (e) de la siguiente manera:

(4.18)

La ecuación general de elongación de cualquier cuerpo de área transversal,

específicamente para la tubería de producción es la siguiente:

(4.19)

La ecuación general de elongación de la sarta de varillas es la siguiente:

(4.20)

En el caso de sartas de varillas de varios diámetros (telescopiadas), se aplica

la ecuación (4.20) para cada diámetro o sección de varillas. La elongación total es:

(4.21)

A E

L A DG 5.20e

Tp

t

Tp

tA E

L A DG 5.20e

r

Tp

rA E

L A DG 5.20e

r3

3

r2

2

r1

1p

A

L

A

L

A

L

E

A DG 5.20e


130

Además de la elongación causada por la carga de fluido, resulta una

elongación adicional por la carga de las varillas dada por su propio peso y por la

carga de aceleración. La elongación de las varillas en promedio está dada por su

peso (Wr/2) considerando la masa total de las varillas concentrada en LT/2 y la

elongación resultante de esta carga, al final de la carrera descendente será:

(4.22)

La elongación final de la carrera ascendente o al inicio de la carrera descendente,

está dada por la siguiente ecuación:

(4.23)

La elongación neta resultante del sobreviaje del émbolo es:

ep= ed - eu

(4.24)

El peso de la sarta de varillas se calcula de la siguiente forma:

(4.25)

El valor de la densidad relativa de las varillas ( r) equivale a 490 lbs/plg3

,sustituyendo el valor de la densidad de las varillas en la ecuación (4.25) y después

en (4.24) se obtiene la siguiente expresión:

(4.26)

rA E

/2L rWrW 12

de T

rA E

2L r

Wr

W 12

ue

T

rA E

2L r

Wr

W 12 T

rA E

/2L rWrW 12

pe T

rA E

L α r

W12

pe

T

144rA Lr

rW T

E

L40.8

144

A L 490

A E

L12e

2

TrT

r

Tp


131

Algunos autores prefieren el uso de:

ep = 32.8 LT2 /E = Elongación del émbolo en su carrera efectiva. (4.27)

La diferencia entre la ecuación (3.26) y (3.27) (aproximadamente 25%)

tiene poco efecto en el cálculo de la carrera efectiva del émbolo.

La carrera efectiva del émbolo, como se ha visto, es la carrera de la varilla

pulida disminuida por los efectos de alargamiento de las varillas y de la tubería de

producción resultante de la carga de fluido e incrementada por el sobreviaje del

émbolo; entonces, la carrera efectiva del émbolo es:

Sp= S + ep – (et + er) (4.28)

Sustituyendo las ecuaciones (4.19), (4.21) y (4.26) en la ecuación (4.28), se

obtiene la carrera efectiva del émbolo para una sarta telescopiada, la cual queda de

la siguiente forma:

(4.29)

En caso de que la sarta sea de un sólo diámetro, la carrera efectiva del émbolo se expresa

con la siguiente expresión:

(4.30)

En caso que la tubería de producción se encuentre anclada, no existe

elongación en ella, por lo que las ecuaciones (4.29) y (4.30) se manejan

eliminando los términos que involucran A t.

Cálculo de las cargas en la varilla pulida

El Peso de una Sarta de Varillas de Diámetro Variable está Dada por:

Wr = m1 L1 + m2 L2 + m3 L3 + ...mn Ln (4.31)

Las cargas máxima y mínima de aceleración de las varillas, están dadas por:

Wr = Carga máxima de aceleración.

-Wr = Carga mínima de aceleración.

n

n

3

3

2

2

1

1Tp2

Tp

A

L...

A

L

A

L

A

L

At

L

E

A DG 5.20

E

L 40.8SS

rt

Tp2

Tp

A

1

A

1

E

LA DG 5.20

E

L 40.8SS


132

El volumen de la sarta de varillas y en consecuencia, el volumen de fluidos

desplazados (asumiendo que la densidad de las varillas es de 490 lbs/pie3) el

volumen queda de la siguiente forma:

(4.32)

La densidad del fluido desplazado es de 62.46 lbs/pie3 y entonces, la fuerza

de flotación está dada por:

(4.33)

El volumen de una columna que tiene como base el émbolo y como altura la

sarta de varillas es:

Volumen = LT Ap/144 (4.34)

El volumen de fluido se obtiene, de la diferencia entre los volúmenes de la

columna y de la sarta de varillas, dado por las ecuaciones (4.34) y (4.32).

Volumen de fluido = (LT Ap/144) – (Wr/490) (4.35)

Entonces, la carga del fluido se expresa de la siguiente manera:

Wf = 0.433 G [(LT Ap) – (0.294 Wr) (4.36)

La carga máxima sobre la varilla pulida que ocurre sobre la carrera

ascendente es:

Wmáx = Wf + Wr + Wr + F (4.37)

La carga mínima ocurre durante la carrera descendente, y está expresada

por:

Wmín = Wr – Wr - 0.127 Wr G – F (4.38)

490

W

Densidad

PesoVolumen r

G W0.127 62.46- 490

W flotación de Fuerza r

r

490

W

144

A LG 62.46

fW rpT


133

Como el término de fricción (F) no puede calcularse matemáticamente con

certidumbre, generalmente se elimina, resultando las ecuaciones (4.37) y (4.38) de

la siguiente forma:

Wmáx = Wf + Wr (1.0 + ) (4.39)

Wmín = Wr (1.0 - - 0.127 G) (4.40)

Diseño para la sarta de varillas de succión (tabla 5 del anexo A)

Con el concepto “los esfuerzos en la parte superior de cada sección son

iguales” y las siguientes suposiciones:

1. Condiciones estáticas (no se consideran cargas por aceleración).

2. La densidad relativa del fluido es 1.0

3. La carga de fluido actúa sobre el área total del émbolo.

4. La bomba está colocada a nivel del fluido.

Se tiene que:

Wf = 0.433 LT Ap

Considérese una sarta de 2 secciones de longitud total (LT= L1 + L2).

L1 pie; A1 plg2; m1 lbs/pie; R1 = L1/L.

L2 pie; A2, plg2; m2 lbs/pie; R2 = L2/L.

m1 = Peso unitario de 1ª sección de varillas (lbs/pie).

m2 = Peso unitario de 2ª sección de varillas (lbs/pie).

R1 = Porcentaje fraccional de la 1ª sección de varillas (%).

R2 = Porcentaje fraccional de la 2ª sección de varillas (%).

El esfuerzo en la parte superior de la sección inferior es:

(4.41)

Asimismo, el esfuerzo en la parte superior de la sección superior es:

(4.42)

1r

11TpT

r1

11pT

A

m R LA L 0.433

A

m LA L 0.433

r2

22T11Tp

r1

2211pT

A

m R Lm R LA 0.433

A

m LmLA L 0.433


134

Si los esfuerzos en la parte superior de cada sección son iguales:

(4.43)

Ar1 = Área de las varillas de la 1ª sección.

Ar2 = área de las varillas de la 2ª sección.

Para tamaños de émbolos y varillas seleccionadas, la longitud de cada

sección de varillas puede determinarse usando la ecuación (4.43), teniendo en

cuenta que:

R1 + R2 = 1.0 (4.44)

Para más de 2 secciones de varillas, la ecuación (4.44) varía sólo en su

grado de complejidad, en cuyo caso:

R1 + R2 + ... + Rn = 1.0 (4.45)

Desplazamiento de la Bomba y Ritmo de Producción

El desplazamiento teórico de la bomba está dado por:

* 9702 = Volumen en plg3 de un barril de petróleo.

PD = 0.1484 Ap Sp N BPD (4.46)

Para un émbolo de diámetro dado, el término 0.1484 Ap es independiente de

las condiciones superficiales de operación y es llamado: constante de la bomba (k).

PD = K Sp N; bls/día/plg/spm. (4.47)

La eficiencia volumétrica de la bomba, es la relación entre el fluido

realmente manejado y el desplazamiento de la bomba, está dada por la siguiente

ecuación:

(4.48)

Diseño del Contrabalanceo

El contrabalanceo ideal, (debería ser tal, que el motor principal acarrearía el

mismo promedio de cargas en las carreras ascendente y descendente:

2r

2211p

1r

11p

A

R mR mA 0.433

A

R mA 0.433

BPD 0.1484/blsplg 9702

min/día 1440

min.

Emboladas N

Embolada

Plg S Plg AP

3p2

pD

V

qEV


135

Wmáx – Ci = Ci - Wmín (4.49)

El efecto de contrabalenceo ideal se expresa con la siguiente ecuación:

Ci = 0.5 (Wmáx + Wmín) (4.50)

Sustituyendo las ecuaciones (4.37) y (4.38) en (4.50), se tiene la siguiente

expresión:

Ci = 0.5 [(Wf + Wr + Wr + F) + (Wr - Wr - 0.127 Wr G – F)]

Ci =0.5 Wf + Wr (1-0.- 0.0635G) (4.51)

Cálculo de la Torsión

Generalmente una unidad puede estar contrabalanceada dentro del 10 al 5%

del valor ideal, suponiendo que el contrabalanceo es de 95% del ideal, la expresión

para predecir la torsión máxima es:

Tp = (Wmáx – 0.95 Ci) (S/2) (4.52)

Reducción de Velocidad del Motor Principal al Cigüeñal

La potencia es transmitida de la polea de la máquina, a la polea de la unidad

por medio de bandas, la velocidad de la banda puede expresarse en función de la

velocidad del motor y el diámetro de la polea de la máquina por la siguiente

expresión

Vb = de Ne (plg/min). (4.53)

La velocidad de la polea de la unidad se expresa por la siguiente relación:

(4.54)

Si la relación de engranes en el reductor de engranes es “Z”, la velocidad de

bombeo es:

(4.55)

u

eeu

d Z

d N/ZNN

uee

u

bu /dd N

d π

VN


136

Requerimientos de Potencia del Motor Principal

Las cargas de potencia que se consideran en el movimiento de fluido de la

bomba a la superficie:

1.- La potencia hidráulica

2.- Potencia de pérdidas de energía por fricción

1.- Potencia hidráulica

Hh = 7.36 x 10-6

q G LT (Hp) (4.56)

En la ecuación (4.56) se supone que la bomba está al nivel de trabajo del fluido y desprecia el efecto

de presión de la tubería de producción en forma más general.

Hh = 7.36 x 10-6

q G Ln (4.57)

Deben considerarse los efectos de la presión de la columna en la tubería de

revestimiento y los de presión en la tubería de producción, por lo tanto

(4.58)

Entonces la elevación neta a través de la cual pasa el fluido desde la bomba

a la superficie se expresa con la siguiente ecuación:

Ln = LT – (LT – D) + (Pt/0.433 G) = D + (2.31 P t/G)

2.- Potencia de pérdidas de energía por fricción.

La potencia de pérdidas de energía por fricción es aquella que se manifiesta entre la

bomba y la varilla pulida.

Empíricamente, las pérdidas de energía por fricción pueden estimarse de la

siguiente forma:

/hpmin

pielbs 33000x

día

min1440

pie L x bls

lbsG 350 x

día

bls q

HT

h

pieG 0.433

P

pie

lbsG 62.4

pie

plg 144 x

plg

lbs

P t

3

2

2

2

t


137

(4.59)

Para una velocidad de bombeo de N spm, la potencia por fricción se expresa

mediante la siguiente ecuación:

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N (4.60)

La potencia total en la varilla pulida, debe ser la suma de las potencias

hidráulica y de fricción; la potencia al freno debe ser dicha suma de potencias y un

factor de seguridad de 1.5 especificado por el Instituto Americano del Petróleo,

para cubrir pérdidas de potencia impredecibles:

Hb = 1.5 (Hh + Hf) (4.61)

La liberación de gas es un factor muy significativo en la estimación de la

eficiencia volumétrica, ya que por ejemplo: en pozos con alta relación gas-líquido

se tienen eficiencias muy bajas como el 25% al 50%, en aquellos donde existe una

buena separación del gas de formación se tendrán eficiencias del 50% al 70%, en

pozos con una buena separación y buena sumergencia de la bomba las eficiencias

serán del orden del 70% al 80% y para pozos sin gas, pero con un alto nivel de

fluido, las eficiencias volumétricas pueden aproximarse al 100%. Generalmente, la

eficiencia volumétrica de la bomba es estimada mediante la experiencia local.

Para la selección del tamaño óptimo del émbolo a un gasto de producción

deseado y una cierta profundidad, es importante considerar que se deben obtener

altas eficiencias y prevenir cargas innecesarias en la sarta de varillas y el equipo

superficial.

Para realizar una selección preliminar del tamaño del émbolo, cuando la cerrera de

la varilla pulida es mayor a 74 plg, se puede utilizar la tabla 2 del anexo A.

lbs)(plg S W0.25S 2 x W8

1rr

(Hp) N S W10 x 6.31

/hpmin

lbspie 33000 x

pie

plg 12

min

lbs - plg N S W0.25

H r7

r

f


138

4.2 EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Ejemplo de aplicación 1

En un pozo del Campo Petrolero de Tajín, se instalará una bomba de

inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 4275 pies; en el interior

de una tubería de producción de 2” de diámetro, la producción o gasto en

superficie es de 283 BPD de un fluido con una densidad relativa de 0.825, donde el

nivel dinámico en la tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad

de colocación de la bomba, efectuar los cálculos de selección para una Unidad de

Bombeo Mecánico. que deberá operar con una velocidad de 18 spm, una carrera en

la varilla pulida de 64 plg y deberá mover una sarta de varillas de un solo diámetro

correspondiente a ¾”.

Datos:

dp

dtp

LT

dr

N

S

q

G

=

=

=

=

=

=

=

=

1 ¾”.

2”.

4275 pies.

¾”.

18 spm.

64”.

283 bls/día.

0.825.

Como el nivel de fluido es bajo, se considera que la bomba está colocada al

nivel del fluido de trabajo, teniéndose entonces:

D = LT = 4275 pies.

Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la varilla de ¾” :

Ar = 0.442 plg2.

m = 1.63 lbs/pie.

Todas las varillas de succión miden 25 pies de longitud.

Consultando la tabla 1 del anexo A, se tiene que, para un émbolo de 1 ¾” :

Ap = 2.405 plg2

K = 357 bls/día/plg/spm

De la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor para el área de la sección transversal

de la pared de la tubería de producción.

At = 1.304 plg2.


139

Cálculos para la tubería de producción desanclada.

1. Cálculo del Factor de Aceleración.

2. Cálculo de la Carrera Efectiva del Émbolo.

Sp = 64 + 7.3098 – 6.2852(3.0293) = 64 + 7.3098 – 19.0398

Sp = 52.27 plg

3. Cálculo del Desplazamiento Teórico de la Bomba.

PD = K Sp N

PD = 0.357 (52.27) (18)

PD = 335.88 bls/día.

4. Cálculo de la Eficiencia Volumétrica de la Bomba.

Ev = q/PD (100)

Ev = 0.8425 x 100

Ev = 84.25 %

5. Cálculo del Peso de las Varillas de un solo Diámetro.

Wr = LT x mi

Wr = 4275 (1.63) = 6968.25 lbs.

0.294170500

18 642

70500

N S 2

rtp

Tp2

TP

A

1

A

1

E

L A DG 5.20

E

αL 40.8SS

0.442

1

1.304

1

30x10

42752.40542750.825 5.20

30x10

(0.294)4275 40.864S

66

2

p

100 x 335.88

283EV


140

6. Cálculo del Peso de Fluido.

Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]

Wf = (0.433)(0.825)[(4275) (2.405) – (0.294)(6968.25)]

Wf = (0.357225)(8232.7045)

Wf = 2940.92 lbs.

7. Cálculo del Efecto de Contrabalanceo Ideal.

Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]

Ci = (0.5)(2940.92)+(6968.25)[(1 –(0.0635)(0.825)]

Ci = 1470.46 + 6968.25 (1- 0.05238)

Ci = 1470.46 + 6968.25 (0.94761)

Ci = 1470.46 + 6603.18

Ci = 8073.64 lbs.

8. Cálculo de la Carga Máxima.

Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )

Wmáx = 2940.92+ (6968.25)(1.0 + 0.2941)

Wmáx = 2940.92 + 9017.6123

Wmáx = 11958.53 lbs.

9. Cálculo de la Potencia Hidráulica.

Hh = 7.36 x 10-6

q G LT

Hh = 7.36 x 10-6

(283) (0.825) (4275)

Hh = 7.34 Hp

10. Cálculo de la Potencia por Fricción.

Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(6968.25) (64) (18)

Hf = 5.065 Hp

11. Cálculo de la Potencia Total.

Hb = 1.5 (Hh + Hf)

Hb = 1.5 (7.34 + 5.06)

Hb = 18.6 Hp


141

12. Cálculo de la Torsión Pico.

Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)

Tp = 11958.53 – (0.95)(8073.64)] (64/2)

Tp = [11958.53 –7669.95](32)

Tp = 137,234.56 lbs-plg

De acuerdo al resultado de la torsión máxima y carga máxima en la varilla

pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el

apéndice A.

Unidad seleccionada: C-160D-143-64

Donde:

C = Corresponde a una unidad convencional; también puede iniciar con “A” que

significa unidad balanceada por aire; o “M”, Mark II unitorque.

160 = Clasificación de la torsión máxima en miles de pulgadas libras.

D = Reductor de engranes con doble reducción.

143 = Clasificación de carga de la varilla pulida en cientos de libras.

64 = Longitud de la carrera en pulgadas.

Cálculos para la tubería de producción anclada.

Los cálculos se efectuarán de la misma forma que con la tubería de producción

anclada, pero con la consideración de que el área de la sección transversal de la

pared de la tubería de producción es A t = 0.0



r

Tp2

Tp

A

1

E

L A DG 5.20

E

L 40.8SS

0.442

1

30x10

42752.40542750.8255.20

30x10

0.29414275 40.864S

66

2

p

0.294170500

18 642

70500

N S 2


142

Sp= 64 + 7.3098 – 6.2852 (2.2624)

Sp= 57 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (57) (18)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.7726 x 100

Ev = 77.26 %

Como los valores de Sp, PD, y Ev no se ocupan en las otras formulas, no es

necesario hacer nuevamente los cálculos, por lo que los resultados desde el punto 4

en adelante son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.

Por la tanto:

5. Wr = 6968.25 lbs

6. Wf = 2940.92 lbs

7. Ci = 8073.64 lbs

8. Wmáx = 11958.53 lbs

9. Hh = 7.34 Hp

10. Hf = 5.065 Hp

11. Hb = 18.6 Hp

12. Tp = 137,234.56 lbs-plg


pulida se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encu entra en el

apéndice A.

Como la torsión máxima no cambia, así como la carga máxima en la varilla pulida,

la unidad seleccionada corresponde a la que se seleccionó anteriormente. Con el cálculo de

la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón, el

desplazamiento teórico de la bomba y le eficiencia volumétrica. Por lo tanto:


100 x 366.28

283EV


143

Ejemplo de Aplicación 2

En un pozo del Campo Petrolero de Papantla se instalará una bomba de

inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 8500 pies, en el interior

de una tubería de producción de 2 7/8” de diámetro, la producción o gasto en



de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de

Bombeo Mecánico que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en

la varilla pulida de 168 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiadas

compuesta por 3 secciones de 1”, 7/8” y ¾” de diámetro.

Datos:

dp = 1 ¾” = 1.75”

dtp = 2 7/8”

LT = 8500 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

N = 13 spm

S = 168 plg

q = 350 BPD.

G = 0.870

D = 8500 pies.

Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para la sarta de varillas:

Ar1 = 1” = 0.785 plg2

Ar2 = 7/8” = 0.601 plg

2

Ar3 = ¾” = 0.442 plg2

m1 = 2.88 lbs/pie

m2 = 2.16 lbs/pie

m3 = 1.63 lbs/pie



Ap = 2.405 plg2



de la pared de la tubería de producción.

At = 1.812 plg2.


144


1. Cálculo del factor de aceleración.


Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un diámetro de émbolo de 1 ¾” y



R1 = 29.4 %

R2 = 30.0 %

R3 = 40.6 %

Entonces:

Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n

L1 = (29.4/100) x (8500) = 2499 pies de varilla de 1”

L2 = (30/100) x (8500) = 2550 pies de varilla de 7/8”

L3 = (40.6/100) x (8500) = 3451 pies de varilla de ¾”

Sp = (168 + 39.56) – (0.003082729) (19924.98)

Sp = 207.56 – 61.42

Sp = 146.14 plg


PD = K Sp N

70500

N S 2

0.402770500

13 (168)2

0.442

3451

0.601

2550

0.785

2499

1.812

8500

630x10

2.40585000.870 5.20

630x10

(0.4027)2

8500 40.8168Sp

3r

3

2r

2

1r

1

tp

Tp2

Tp

A

L

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS


145

PD = 0.357 (146.14) (13)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.5160 x 100

Ev = 51.6 %

5. Cálculo del Peso de la sarta de Varillas de 3 Diámetros.

Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3

Wr = (2499)(2.88) + (2550)(2.16) + (3451)(1.63)

Wr = 7197.12 + 5508 + 5625.13

Wr = 18,330.25 lbs.


Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]

Wf = (0.433)(0.870)[(8500) (2.405) – (0.294)(18330.25)]

Wf = (0.37671)(20442.5-5389.09)

Wf = 5670.76 lbs.


Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]

Ci = (0.5)(5670.76) + (18330.25)[(1 –(0.0635)(0.870)]

Ci = 2835.38 + 18330.25 (1- 0.055245)

Ci = 2835.38 + 18330.25 (0.944755)

Ci = 2835.38 + 17317.6

Ci = 20,152.98 lbs.


Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )

100 x 678.23

350EV


146

Wmáx = 5670.76 + (18330.25)(1.0 + 0.4027)

Wmáx = 5670.76 + 25711.84

Wmáx = 31,382.6 lbs.


Hh = 7.36 x 10-6

q G LT

Hh = 7.36 x 10-6

(350) (0.870) (8500)

Hh = 19.04 Hp


Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(18330.25) (168) (13)

Hf = 25.26 Hp


Hb = 1.5 (Hh + Hf)

Hb = 1.5 (19.04 + 25.26)

Hb = 66.45 Hp


Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)

Tp = 31382.6 – (0.95)(20152.98)] (168/2)

Tp = [31382.6 – 19145.33](84)

Tp = 1’027,930.68 lbs-plg



apéndice A.


Donde:








147







Sp = (168 + 39.56) – (0.003082729) (15234.06)

Sp = 207.56 – 46.96

Sp = 160.6 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (160.6) (13)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.4695 x 100

Ev = 46.95 %

0.402770500

13 1682

70500

N S 2

0.442

3451

0.601

2550

0.785

2499

630x10

2.40585000.870 5.20

630x10

(0.4027)2

8500 40.8168Sp

3r

3

2r

2

1r

1p2

Tp

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS

100 x 745.34

350EV


148




Por la tanto:

5. Wr = 18330.25 lbs

6. Wf = 5670.76 lbs

7. Ci = 20152.98 lbs

8. Wmáx = 31382.6 lbs

9. Hh = 19.04 Hp

10. Hf = 25.26 Hp

11. Hb = 66.45 Hp

12. Tp = 1’027,930.68 lbs-plg



apéndice A.







En un pozo del Campo Petrolero de Poza Rica, se instalará una bomba de

inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 6232 pies; en el interior








Datos:

dp = 1 ¾” = 1.75”

dtp = 2 7/8”

LT = 6232 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

N = 13 spm


149

S = 100 plg

q = 230 BPD.

G = 0.870

D = 6232 pies.


Ar1 = 1” = 0.785 plg2

Ar2 = 7/8” = 0.601 plg

2

Ar3 = ¾” = 0.442 plg2

m1 = 2.88 lbs/pie

m2 = 2.16 lbs/pie

m3 = 1.63 lbs/pie



Ap = 2.405 plg2



de la pared de la tubería de producción de 2 7/8” .

At = 1.812 plg2.







70500

N S 2

0.239770500

13 (100)2


150

R1 = 29.4 %

R2 = 30.0 %

R3 = 40.6 %

Entonces:

Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n

L1 = (29.4/100) x (6232) = 1832.20 pies de varilla de 1”

L2 = (30/100) x (6232) = 1869.60 pies de varilla de 7/8”

L3 = (40.6/100) x (6232) = 2530.19 pies de varilla de ¾”

Sp = (100 + 12.66) – (0.002260184) (14608.52)

Sp = 112.66 – 33

Sp = 79.66 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (79.66) (13)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.622 x 100

Ev = 62.2 %


Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3

0.442

2530.19

0.601

1869.6

0.785

1832.2

1.812

6232

630x10

2.40562320.870 5.20

630x10

(0.2397)2

6232 40.8100Sp

3r

3

2r

2

1r

1

tp

Tp2

Tp

A

L

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS

100 x 369.70

230EV


151

Wr = (1832.20)(2.88) + (1869.60)(2.16) + (2530.19)(1.63)

Wr = 5276.73 + 4038.33 + 4124.20

Wr = 13,439.26 lbs.


Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]

Wf = (0.433)(0.870)[(6232) (2.405) – (0.294)(13439.26)]

Wf = (0.37671)(14987.96 – 3951.14)

Wf = 4157.68 lbs.


Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]

Ci = (0.5)(4157.68) + (13439.26)[(1 –(0.0635)(0.870)]

Ci = 2078.84 + 13439.26 (1- 0.055245)

Ci = 2078.84 + 13439.26 (0.94475)

Ci = 2078.84 + 12696.8

Ci = 14,775.64 lbs.


Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )

Wmáx = 4157.68 + (13439.26)(1.0 + 0.2397)

Wmáx = 4157.68 + 16660.65

Wmáx = 20,818.33 lbs.


Hh = 7.36 x 10-6

q G LT

Hh = 7.36 x 10-6

(230) (0.870) (6232)

Hh = 9.17 Hp


Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(13439.26) (100) (13)

Hf = 11.02 Hp


152


Hb = 1.5 (Hh + Hf)

Hb = 1.5 (9.17 + 11.02)

Hb = 30.28 Hp


Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)

Tp = 20818.33 – (0.95)(14775.64)] (100/2)

Tp = [20818.33 – 14036.85](50)

Tp = 339,074 lbs-plg



apéndice A.


Donde:












70500

N S 2

0.239770500

13 (100)2


153


Sp = (100 + 12.66) – (0.002260184) (11169.23)

Sp = 112.66 – 25.24

Sp = 87.42 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (87.42) (13)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.566 x 100

Ev = 56.6 %




Por la tanto:

5. Wr = 13439.26 lbs

6. Wf = 4157.68lbs

7. Ci = 14775.64 lbs

8. Wmáx = 20818.33 lbs

9. Hh = 9.17 Hp

10. Hf = 11.02 Hp

11. Hb = 30.28 Hp

12. Tp = 339,074 lbs-plg

0.442

2530.19

0.601

1869.60

0.785

1832.2

630x10

2.40562320.870 5.20

630x10

(0.2397)2

6232 40.8100Sp

3r

3

2r

2

1r

1p2

Tp

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS

100 x 405.71

230EV


154



apéndice A.







En un pozo del Campo Petrolero de Tajín se instalará una bomba de

inserción con un émbolo de 1 ¾” a una profundidad de 5100 pies en el interior








Datos:

dp = 1 ¾” = 1.75”

dtp = 2 7/8”

LT = 5100 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

N = 13 spm

S = 86 plg

q = 180 BPD.

G = 0.825

D = 5100 pies.


Ar1 = 1” = 0.785 plg2

Ar2 = 7/8” = 0.601 plg

2

Ar3 = ¾” = 0.442 plg2

m1 = 2.88 lbs/pie

m2 = 2.16 lbs/pie

m3 = 1.63 lbs/pie



155

0.206170500

13 (86)2


Ap = 2.405 plg2



de la pared de la tubería de producción de 2 7/8” .

At = 1.812 plg2.







R1 = 29.4 %

R2 = 30.0 %

R3 = 40.6 %

Entonces:

Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n

L1 = (29.4/100) x (5100) = 1499.4 pies de varilla de 1”

L2 = (30/100) x (5100) = 1530 pies de varilla de 7/8”

L3 = (40.6/100) x (5100) = 2070.6 pies de varilla de ¾”

70500

N S 2

0.442

2070.6

0.601

1530

0.785

1499.4

1.812

5100

630x10

2.40551000.825 5.20

630x10

(0.2061)2

5100 40.886Sp

3r

3

2r

2

1r

1

tp

Tp2

Tp

A

L

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS


156

100 x 335.68

180EV

Sp = (86 + 7.29) – (0.001753966) (11955)

Sp = 93.29 – 20.96

Sp = 72.33 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (72.33) (13)



Ev = q/PD (100)

Ev = 0.536 x 100

Ev = 53.6 %


Wr = L1 m1 + L2 m2 + L3 m3

Wr = (1499.4)(2.88) + (1530)(2.16) + (2070.6)(1.63)

Wr = 4318.27 + 3304.80 + 3375.07

Wr = 10,998.14 lbs.


Wf = (0.433)(G)[(LT)(Ap)-(0.294)(Wr)]

Wf = (0.433)(0.825)[(5100) (2.405) – (0.294)(10998.14)]

Wf = (0.357225)(12265.5 – 3233.45)

Wf = 3226.47 lbs.


Ci = (0.5)(Wf)+(Wr)[1 – (0.0635)(G)]

Ci = (0.5)(3226.47) + (10998.14)[(1 –(0.0635)(0.825)]

Ci = 1613.23+ 10998.14 (1- 0.0523875)

Ci = 1613.23 + 10998.14 (0.9476125)

Ci = 1613.23 + 10421.97

Ci = 12035.2 lbs.


157


Wmáx = Wf +(Wr)(1.0 + )

Wmáx = 3226.47 + (10998.14)(1.0 + 0.2061)

Wmáx = 3226.47 + 13264.56

Wmáx = 16491.03 lbs.


Hh = 7.36 x 10-6

q G LT

Hh = 7.36 x 10-6

(180) (0.825) (5100)

Hh = 5.57 Hp


Hf = 6.31 x 10-7

Wr S N

Hf = 6.31 x 10-7

(10998.14) (86) (13)

Hf = 7.75 Hp


Hb = 1.5 (Hh + Hf)

Hb = 1.5 (5.57 + 7.75)

Hb = 20 Hp


Tp = [Wmáx – (0.95)(Ci)] (S/2)

Tp = 16491.03 – (0.95)(12035.2)] (86/2)

Tp = [16491.03 – 11433.44](43)

Tp = 217,476.37 lbs-plg



apéndice A.



158

Donde:













Sp = (86 + 7.29) – (0. 001753966) (9140.43)

Sp = 93.29 – 16.03

Sp = 77.26 plg


PD = K Sp N

PD = 0.357 (77.26) (13)


70500

N S 2

0.206170500

13 (86)2

0.442

2070.6

0.601

1530

0.785

1499.4

630x10

2.40551000.825 5.20

630x10

(0.2061)2

5100 40.886Sp

3r

3

2r

2

1r

1p2

Tp

A

L

A

L

A

L

E

ADG5.20

E

L40.8SS


159

100 x 358.56

180EV


Ev = q/PD (100)

Ev = 0.502 x 100

Ev = 50.2 %




Por la tanto:

13. Wr = 10998.14 lbs

14. Wf = 3226.47 lbs

15. Ci = 12035.2 lbs

16. Wmáx = 16491.32 lbs

17. Hh = 5.57 Hp

18. Hf = 7.75 Hp

19. Hb = 20 Hp

20. Tp = 217,476.37 lbs-plg



apéndice A.







160

4.3 MÉTODO API-RP-11L

Para facilitar la comprensión de esta parte, a continuación se definirán las

variables que intervienen en las fórmulas, figuras y tablas del método de selección

de Unidades de Bombeo Mecánico API-RP-11L.

Sp Carrera del émbolo, plg.

PD Desplazamiento de la bomba, bls/día.

PPRL Carga máxima en la varilla pulida, lbs.

MPRL Carga mínima en la varilla pulida, lbs.

PT Torsión máxima, lbs/plg.

PRHP Potencia en la varilla pulida, hp.

CBE Contrapeso requerido, lbs.

Ap Área del émbolo plg2.

Ar Área de la varilla plg2.

H Nivel del fluido, pie.

LT Profundidad de la bomba, pie.

N Velocidad de bombeo, spm.

S Longitud de la varilla pulida, plg.

Dp Diámetro del émbolo de la bomba, plg2.

G Densidad relativa del fluido.

mr Peso por unidad de longitud de las varillas en el aire, lbs/pie.

Er Constante elástica de las varillas, plg/lbs.

Fc Factor de frecuencia útil en el diseño de varillas.

Et Constante elástica de la tubería de producción plg/lbspie.

Fo Carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo, lbs.

Kr Constante de resorte del total de la sarta de varillas.

1.0/Kr Constante elástica para el total de la sarta de varillas, plg/lbs.

Skr Libras de carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas una

cantidad igual a la carrera de la varilla pulida, (S).

No Frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo diámetro, spm.

No’ Frecuencia natural de la sarta de varillas combinada, spm.

Kt Constante de resorte de la tubería de producción no anclada.

1.0/kt Constante elástica para la TP no anclada, plg/lbs.

Wrf Peso total de las varillas en fluido, lbs.

Wr Peso total de las varillas en el aire; lbs.

F1 Factor de PPRL.

F2 Factor de MPRL.

T Torsión en la manivela, lbs/plg.

F3 Factor de PRHP.

Ta Factor de ajuste de torsión para valores de Wrf/Skr diferentes de 0.3.


161

Para hacer más fácil la comprensión de las fórmulas utilizadas en el diseño,

a continuación se presenta una figura en la que se señalan los factores: F o, F1, F2,

Wrf y S.

SIGNIFICADO DE LOS PARÁMETROS ADIMENSIONALES: N/No, N/No , y

Fo/Skr

1) N/No = Relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo

diámetro.

2) N/No’ = Relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la

sarta de varillas combinadas.

El valor de la frecuencia natural de la sarta de varillas combinada,

generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de bombeo

rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/N o variará entre 0.0 y

0.6.

La frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas N/N o’ se define como:


162

(4.62)

(4.63)

El fabricante de las varillas recomienda una aceleración, pero en la práctica

se obtiene otra, la cual se mencionan a continuación:

Teóricamente a = 17000 pie/seg.

Prácticamente a = 16300 pie/seg = 978000 pie/min.

Por lo tanto:

(4.64)

3) Fo/SKr = Relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la

varilla pulida.

El parámetro adimensional Fo/SKr representa el alargamiento real de las

varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (F o/Kr)/S es el alargamiento de

varillas expresado en fracción de la carrera de la varilla pulida.

Para sartas de un solo diámetro:

(4.65)

Para sartas de diámetro variable:

(4.66)

El término Fo/SKr da el alargamiento de las varillas causado por la aplicación

estática de la carga de fluido en porcentaje de la carrera de la varilla pulida.

Ejemplo:

(4.67)

T

co

L N

a F'N

c

T

o F 245000

L N

'N

N

aF

L N 4

N

N

c

T

o

T

rL

A EK

n

n

21

1

r A

L...

A

L

A

L

E

1

K

1 2

0.1SK

F

r

o


163

Significa que el alargamiento de varillas es el 10% de la carrera de la varilla

pulida. A velocidades muy bajas, el alargamiento adimensional de las varillas y la

velocidad de bombeo se relacionan de la forma siguiente:

(4.68)

Los cálculos de torsión se realizaron usando el cociente W rf/SKr, que es la

relación del peso total de las varillas en el fluido y las libras de carga necesarias

para alargar la sarta de varillas una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.

En función de lo anterior se tiene que:

(4.69)

Si el valor es = 0.3, se debe hacer la corrección indicada en la figura 7 del

anexo B.

DEFINICIONES ADICIONALES DEL MÉTODO API

Carrera del émbolo:

Sp = (Sp/S) x S - Fo x 1/Kt (4.70)

Si la tubería de producción está anclada, el termino 1/kt = 0

El término (Sp/S) se obtiene de la figura 1 del anexo B.

Desplazamiento de la bomba:

PD = 0.1166 x Sp x N x D2 (4.71)

También se puede obtener mediante la fórmula siguiente:

PD = K Sp N (4.72)

El valor de K se obtiene de la tabla 1 del anexo A.

Máxima carga en la varilla pulida.

La máxima carga en la varilla pulida se calcula en dos formas:

1. Para quienes prefieren expresar la carga de fluido como función del área neta

del émbolo:

PPRL = 0.433 LT (Ap-Ar) + Wr + Wr (SN2/70500) (4.73)

r

op

SK

F 1.0

S

S

0.3SK

W

r

rf


164

2. Otra aproximación que da idénticos resultados, define la carga de fluido como

función del área total del émbolo, es decir, el área de la sección transversal de

las varillas y de la bomba de inserción:

PPRL = 0.433 LT (Ap) + Wrf + Wr (SN2/70500) (4.74)

O bien:

PPRL = Fo + Wrf + Wr (NS2/70500) (4.75)

Para unidades con geometría especial:

PPRL = Fo + Wrf + 0.6 Wr (SN2/70500) (4.76)

Para unidades balanceadas con aire.

PPRL = Fo + Wrf + 0.7 Wr (SN2/70,500) (4.77)

Obviamente el método Craft-Holden para la predicción de PPRL, toma en

cuenta la aceleración de la sarta de varillas, pero no así, los efectos armónicos de

la vibración de la sarta.

El método API para la predicción de PPRL ocupa la ecuación:

PPRL = Wrf + (F1/SKr) SKr (4.78)

El término adimensional F1/SKr se obtiene de la figura 3 del anexo B.

En esta figura se toma en cuenta el efecto armónico de la sarta de varillas, así

como los efectos normales de aceleración.

El método API no introduce ningún factor para tomar en cuenta las unidades

con geometría especial.

Mínima carga en la varilla pulida.

La fórmula convencional para la mínima carga en la varilla pulida para

unidades de geometría convencional es:

MPRL = Wrf – Wr (SN2/70500) (4.79)

Para unidades de geometría especial:

MPRL = Wrf – 1.4 Wr (SN2/705000) (4.80)


165

Para unidades balanceadas por aire:

MPRL = Wrf – 1.3 Wr (SN2/70500) (4.81)

Nuevamente la desaceleración de la sarta es considerada, pero los efectos

dinámicos no lo son.

El método API expresa la predicción de la carga mínima en la varilla pulida en

la siguiente forma:

MPRL = Wrf – (F2/SKr) SKr (4.82)

El término adimensional F2/Skr se obtiene de la figura 4 (Anexo C).

En esta figura se consideran los efectos normales de desaceleración, más los

efectos armónicos de las varillas.

Torsión Máxima

El método convencional para el cálculo de la torsión máxima en unidades con

geometría convencional es:

(4.83)

El método API establece para el cálculo de la torsión máxima la siguiente

formula:

PT = (2T/S2Kr) + SKr x S/2 x Ta (4.84)

Tanto el método convencional como el API para el cálculo de la máxima

torsión, suponen que las cargas máxima y mínima ocurren a los 75° y 285° de la

posición de la manivela, respectivamente.

Otra posición es que no exista golpeteo o interferencia de gas. El API-RP-

11L no incluye la predicción de torsión máxima para unidades con geometría

especial.

El método API también supone que la eficiencia mecánica de la unidad de

bombeo es 100%, algunos métodos convencionales hacen la misma suposición,

aunque la compañía Lufkin usa una eficiencia mecánica de 93%.

Una suposición más en el método API y en el Craft-Holden es, que la

unidad siempre esté perfectamente balanceada.

Potencia en la Varilla Pulida

PRHP = (F3/SKr) x SKr x S x N x 2.53 x 10-6

(4.85)

G x 2

S x MPRL- PPRLPT


166

Contrapeso Requerido.

CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo) (4.86)

4.4 Ejemplos de Aplicación

Ejemplo de aplicación 1

Para un pozo en el campo petrolero Tajín, se tiene una bomba con un

émbolo de 1 ¾” instalada en una tubería de producción de 2” con 4275 pies de

varillas de succión de ¾” ; se sabe que el nivel de fluido es bajo por lo tanto se

considera a la misma profundidad de la bomba, cuando se bombea a 18 spm con

una longitud de carrera de 64 plg, la producción es de 283 BPD de un fluido con

densidad relativa de 0.825. Efectuar los cálculos necesarios para poder seleccionar

una Unidad de Bombeo Mecánico cuando se tiene una tubería de producción:

a) Desanclada.

b) Anclada.

Datos:

D = 1 ¾”

dtp = 2”

LT = 4275 pies

dr = ¾”

H = 4275 pies

N = 18 spm

S = 64 plg

q = 283 BPD

G = 0.825

Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que, para una bomba de 1 ¾” y sarta de

varillas de ¾” :

Er =0.883 x 10-6

plg/lbs-pie

Fc = 1.0

Consultando la tabla 5 del anexo A, se tiene que, para varillas de ¾” :

mr = 1.63 lbs/pie

Consultando la tabla 7 del anexo A se obtiene el valor de la constante elástica para la

tubería de producción de 2”

Et = 0.500 x 10-6

plg/lbs-pie


167

Cálculos para la tubería de producción desanclada

I CALCULO DE LAS VARIABLES NO-DIMENSIONALES:

Cálculo de carga diferencial del fluido sobre el área total del émbolo.

Fo = (0.340) (G) (D2) (H)

Fo = (0.340) (G) (D2) (H)

Fo = (0.340) (0.825) (1.75)2 (4275)

Fo =3672.36 lbs

Cálculo de la constante elástica para el total de la sarta de varilla.

1/Kr = (Er) (LT)

1/Kr = Er x LT

1/Kr = (0.883 x 10-6

) (4275)

1/Kr = 3.775 x 10-3

plg/lbs

Cálculo de la carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una

cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.

SKr = S/(1/Kr)

SKr = 64/3.775 x 10-3

SKr = 16953.64 lbs

1. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla

pulida.

(Fo/SKr)

Fo/SKr = 3672.36/16953.64

Fo/SKr = 0.216


varillas producido por la carga de fluido. Entonces, (Fo/Kr)/S es el alargamiento de


2. Cálculo de relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta

de varillas de un solo diámetro.

N/No = (N)(LT)/245000


168

N/No = (18)(4275)/245000

N/No = 0.314

3. Cálculo de la relación de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la


N/No’= (N/No)/Fc

N/No’= 0.314/1.00

N/No’ = 0.314

El valor de No , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinado,



0.6

Cálculo de la constante elástica para la tubería de producción no anclada.

1/Kt = (Et )(LT)

1/Kt = (0.500 x 10-6

)(4275)

1/Kt = 2.13 x 10-3

plg/lbs

II CÁLCULO DE LA CARRERA EFECTIVA DEL ÉMBOLO Y DESPLAZAMIENTO

TEÓRICO EN EL FONDO DE LA BOMBA.

Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la ca rrera

del émbolo con los valores de N/No’ y Fo/SKr, entonces:

Sp/S = 0.875

Cálculo de la carrera efectiva del émbolo.

SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)

Sp = (0.875)(64) – (3672.36)(2.13 x 10-3

)

Sp = 48.17 plg

Cálculo del desplazamiento teórico de la bomba.

PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(48.17)(18)(1.75)2

PD = 309.61 bls/día


169

Se puede utilizar la siguiente fórmula, tomando el valor de la constante de la

bomba de la tabla 1 del anexo A.

K= 0.357

Entonces se tiene que:

PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (48.17) (18)


NOTA: Si este gasto no se aproxima al que desea, se repetirá el cálculo de las

variables no-dimensionales variando el valor de N.

III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NO-DIMENSIONALES

Cálculo del peso de las varillas en el aire.

Wr = (mr)(LT)

Wr = (1.63)(4275)

Wr = 6968.25 lbs

Cálculo del peso de las varillas en el fluido.

Wrf = Wr 1-(0.127)(G)

Wrf = 6968.25 1-(0.127)(0.825)

Wrf = 6238.15 lbs

1. Cálculos de torsión.

Wrf/SKr = 6238.15/16954.43

Wrf/SKr = 0.368

IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES EN LA DETERMINACIÓN DE:

Carga máxima en la varilla pulida

Carga mínima en la varilla pulida

Torsión máxima

Potencia en la varilla pulida

Ajuste de torsión máxima, para valores de W rf/SKr diferentes de 0.3

Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de F o/SKr ,

N/No y N/No’ se obtienen los siguientes datos:


170

a) F1/SKr = 0.45

b) F2/SKr = 0.20

c) 2T/S2Kr = 0.36

d) F3/SKr = 0.28

e) Ta = 1.00

V. CÁLCULO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN


PPRL = Wrf + (F1/SKr) (SKr)

PPRL = 6238.15 + (0.45)(16954.43)

PPRL = 13,867.64 lbs


MPRL = Wrf – (F2/SKr)(SKr)

MPRL = 6238.15 – (0.20)( 16954.43)

MPRL = 2,847.26 lbs

3. Torsión máxima.

PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2) (Ta)

PT = (0.36)(16954.43)(64/2)(1.0)

PT = 195,315 lbs-plg


PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6

)

PRHP = (0.28)(16954.43) (64)(18)( 2.53 x 10-6

)

PRHP = 13.83 hp

5. Contrabalanceo.

CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)

CBE = 1.06 x (6238.15 + 3672.36/2)

CBE = 8,560.9 lbs

De acuerdo al resultado de la torsión y la carga máxima en la varilla pulida

se selecciona la unidad utilizando el catálogo Lufkin que se encuentra en el

apéndice A.


171


Donde:







Cálculos para la tubería de producción anclada


anclada, pero con la consideración de que la constante elástica de la tubería de

producción es 1/K t = 0.0

Debido a que la constante elástica es cero, la mayoría de los cálculos que se

realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los ún icos valores

que cambian son la carrera efectiva del émbolo y el desplazamiento teórico de la

bomba.


Fo = 3672.36 lbs

1/Kr = 3.775 x 10-3

plg/lbs

SKr = 16953.64 lbs

Fo/SKr = 0.216

N/No = 0.314

N/No’ = 0.314

1/Kt = 2.13 x 10–3

plg/lbs



Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrera


Sp/S = 0.875


SP = [(Sp/S)(S)]


172

Sp = (0.875)(64)

Sp = 56 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(56)(18)(1.75)2

PD = 360 bls/día



K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (56) (18)


Como los valores de Sp y PD no se ocupan en otras formulas, los resultados

son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada.


Wr = 6968.25 lbs Wrf = 6238.15 lbs

Wrf/SKr = 0.368

IV OBTENCIÓN DE LOS FACTORES ÚTILES:

Consultando las figuras 3, 4, 5, 6, y 7 del anexo B, y con los valores de Fo/SKr ,


a) F1/SKr = 0.45

b) F2/SKr = 0.20

c) 2T/S2Kr = 0.36

d) F3/SKr = 0.28

e) Ta = 1.00



173

PPRL = 13,867.64 lbs

MPRL = 2,847.26 lbs

PT = 195,315 lbs-plg

PRHP = 13.83 hp

CBE = 8560.9 lbs



apéndice A.



la tubería de producción anclada, cambia el valor de la carrera efectiva del pistón y el

desplazamiento teórico de la bomba. Por lo tanto:



En un pozo del Campo Petrolero de Tajín se tiene una profundidad de 5100

pies en dónde será instalada una bomba de inserción con un émbolo de 1 ¾” en

el interior de una tubería de producción de 2 7/8” , una densidad relativa del

fluido de 0.825, y donde el nivel dinámico en la tubería de revestimiento se

considera a la misma profundidad de colocación de la bomba. Efectuar los cálculos

para la selección de una Unidad de Bombeo Mecánico que deberá operar con una

velocidad de 13 spm y una carrera en la varilla pulida de 86 plg dando un gasto o

producción en superficie de 180 BPD. Este diseño contempla una sarta de varillas

telescopiadas compuesta de 3 secciones con diferentes diámetros 1”,7/8” y ¾”.

Considerar los cálculos con la tubería de producción desanclada y anclada.

Datos:

D = 1 ¾”

dtp = 2 7/8”

LT = 5100 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

H = 5100 pies

N = 13 spm

S = 86 plg

q = 180 BPD

G = 0.825


varillas de 1”, 7/8” y ¾” :

Er =0.699 x 10-6

plg/lbs-pie


174

Fc = 1.164

mr = 2.185 lbs/pie


tubería de producción de 2 7/8”

Et = 0.221 x 10-6

plg/lbs-pie




Fo = (0.340) (G) (D2) (H)

Fo = (0.340) (0.825) (1.75)2 (5100)

Fo = 4381.05 lbs


1/Kr = (Er) (LT)

1/Kr = Er x LT

1/Kr = (0.699 x 10-6

) (5100)

1/Kr = 3.5649 x 10-3

plg/lbs



SKr = S/(1/Kr)

SKr = 86/3.5649 x 10-3

SKr = 24,124.09 lbs

1. Cálculo de relación del alargamiento de las varillas a la carrera de la varill a

pulida.

(Fo/SKr)

Fo/SKr = 4381.05/24124.09

Fo/SKr = 0.1816





175



N/No = (N)(LT)/245000

N/No = (13)(5100)/245000

N/No = 0.27



N/No’= 0.232



rara vez será mayor de 20 spm, por lo tanto, el valor de N/No variará entre 0.0 y

0.6


1/Kt = (Et )(LT)

1/Kt = (0.221 x 10-6

)(5100)

1/Kt = 1.1271 x 10-3

plg/lbs





Sp/S = 0.92


SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)

Sp = (0.92)(86) – (4381.05)(1.1271 x 10-3

)

Sp = 74.18 plg

c

T

o F 24500

NL

'N

N

(1.164)245000

(13)(5100)

'N

N

o


176


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(74.18)(13)(1.75)2




K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (74.18) (13)






Wr = (mr)(LT)

Wr = (2.185)(5100)

Wr = 11,143.5 lbs


Wrf = Wr 1-(0.127)(G)

Wrf = 11,143.5 1-(0.127)(0.825)

Wrf = 9,975.93 lbs


Wrf/SKr = 9,975.93/24,124.09

Wrf/SKr = 0.413

NOTA: Si el valor de W rf/SKr es mayor de 0.3, efectuar el ajuste en la figura 7

del anexo B; si el valor es menor de 0.3 el ajuste se vuelve negativo.


177




Torsión máxima


Ajuste de torsión máxima, para valores de Wrf/SKr diferentes de 0.3



f) F1/SKr = 0.36

g) F2/SKr = 0.16

h) 2T/S2Kr = 0.29

i) F3/SKr = 0.22

j) Ta = 1.02




PPRL = 9975.93 + (0.36)(24124.09)

PPRL = 18,660.6 lbs



MPRL = 9975.93 – (0.16)(24124.09)

MPRL = 6,116.07 lbs



PT = (0.29)(24124.09)(86/2)(1.02)

PT = 306,843.95 lbs-plg


PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6

)

PRHP = (0.22)(24124.09) (86)(13)( 2.53 x 10-6

)

PRHP = 15.01 hp


178

10. Contrabalanceo.

CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)

CBE = 1.06 x (9975.93 + 4381.05 /2)

CBE = 12,896.44 lbs



apéndice A.


Donde:












realizaron para la tubería de producción desanclada no cambian, los únicos valores


bomba.


Fo = 4381.05 lbs 1/Kr = 3.5649x 10

-3 plg/lbs

SKr = 24124.09 lbs

Fo/SKr = 0.1816

N/No = 0.27

N/No’ = 0.232

1/Kt = 1.1271 x 10–3

plg/lbs




179

Consultando la figura 1 del anexo B, se obtiene el valor para el factor de la carrer a


Sp/S = 0.875


SP = [(Sp/S)(S)]

Sp = (0.875)(86)

Sp = 72.25 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(72.25)(13)(1.75)2




K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (72.25) (13)





Wr = 11,143.5 lbs Wrf = 9,975.93 lbs

Wrf/SKr = 0.413





180

a) F1/SKr = 0.36

b) F2/SKr = 0.16

c) 2T/S2Kr = 0.29

d) F3/SKr = 0.22

e) Ta = 1.02


PPRL = 18660.6 lbs MPRL = 6116.07 lbs

PT = 306,843.95 lbs-plg

PRHP = 15.01 hp

CBE = 12,896.44 lbs



apéndice A.







En un pozo del Campo Petrolero Poza Rica se instalará una bomba de inserción

con un émbolo de 1 ¾”Ø a la profundidad de 6232 pies en el interior de una

tubería de producción de 2 7/8” , dando un gasto o producción en superficie de

250 BPD de fluido con una densidad de 0.870, se considera que el nivel dinámico

en la tubería de revestimiento está a la profundidad de colocación de la bomba

Efectuar los cálculos necesarios para determinar el tipo de Unidad de Bombeo

Mecánico que operará con una carrera en la varilla pulida de 100 plg a una

velocidad de 13 spm, moviendo una sarta de varilla telescopiada compuesta de

1”,7/8” y ¾” de diámetro.

Datos:

D = 1 ¾”

dtp = 2 7/8”

LT = 6232 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

H = 6232 pies


181

N = 13 spm

S = 100 plg

q = 250 BPD

G = 0.870



Er =0.699 x 10-6

plg/lbs-pie

Fc = 1.164

mr = 2.185 lbs/pie



Et = 0.221 x 10-6

plg/lbs-pie




Fo = (0.340) (G) (D2) (H)

Fo = (0.340) (0.870) (1.75)2 (6232)

Fo = 5645.49 lbs


1/Kr = Er x LT

1/Kr = (0.699 x 10-6

) (6232)

1/Kr = 4.3561 x 10-3

plg/lbs



SKr = S/(1/Kr)

SKr = 100/4.3561 x 10-3

SKr = 22,956.31 lbs


pulida.

(Fo/SKr)


182

Fo/SKr = 5645.49/22956.31

Fo/SKr = 0.246






N/No = (N)(LT)/245000

N/No = (13)(6232)/245000

N/No = 0.33



N/No’ = 0.284




0.6


1/Kt = (Et )(LT)

1/Kt = (0.221 x 10-6

)(6232)

1/Kt = 1.377 x 10-3

plg/lbs





Sp/S = 0.83

c

T

o F 24500

NL

N

N

'

(1.164)245000

(13)(6232)

'N

N

o


183


SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)

Sp = (0.83)(100) – (5645.49)(1.377 x 10-3

)

Sp = 75.22 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(75.22)(13)(1.75)2




K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (75.22) (13)






Wr = (mr)(LT)

Wr = (2.185)(6232)

Wr = 13,616.92 lbs


Wrf = Wr 1-(0.127)(G)

Wrf = 13616.92 1-(0.127)(0.870)

Wrf = 12,112.38 lbs


184


Wrf/SKr = 12112.38/22956.31

Wrf/SKr = 0.527






Torsión máxima





a) F1/SKr = 0.47

b) F2/SKr = 0.22

c) 2T/S2Kr = 0.37

d) F3/SKr = 0.31

e) Ta = 1.00




PPRL = 12112.38 + (0.47)(22956.31)

PPRL = 22,901.84 lbs



MPRL = 12112.38 – (0.22)(22956.31)

MPRL = 7062 lbs



PT = (0.37)(22956.31)(100/2)(1.00)


185

PT = 424,691.73 lbs-plg


PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6

)

PRHP = (0.31)(22956.31) (100)(13)( 2.53 x 10-6

)

PRHP = 23.4 hp

5. Contrabalanceo.

CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)

CBE = 1.06 x (12112.38 + 5645.49 /2)

CBE = 15,831.22 lbs



apéndice A.


Donde:














bomba.


Fo = 5645.49 lbs

1/Kr = 4.3561 x 10-3

plg/lbs


186

SKr = 22,956.31 lbs

Fo/SKr = 0.246

N/No = 0.33

N/No’ = 0.284

1/Kt = 1.377 x 10–3

plg/lbs





Sp/S = 0.83


SP = [(Sp/S)(S)]

Sp = (0.83)(100)

Sp = 83 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(83)(13)(1.75)2



bomba de la tabla 1 del anexo A

K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (83) (13)



son los mismos para la tubería de producción anclada y desanclada



187

Wr = 13,616.92 lbs Wrf = 12,112.38 lbs

Wrf/SKr = 0.527




a) F1/SKr = 0.47

b) F2/SKr = 0.22

c) 2T/S2Kr = 0.37

d) F3/SKr = 0.31

e) Ta = 1.00


PPRL = 22,901.84 lbs

MPRL = 7,062 lbs

PT = 424,691.73 lbs-plg

PRHP = 23.4 hp

CBE = 15,831.22 lbs



apéndice A.







En un pozo del campo petrolero Presidente Alemán se instalará una bomba

de inserción con un émbolo de 1¾”Ø a la profundidad de 8500 pies en el interior

de una tubería de producción 2 7/8”Ø, dando en superficie un gasto o producción de

350 BPD de un fluido con una densidad de 0.870, y donde el nivel dinámico en la

tubería de revestimiento se considera a la misma profundidad de colocación de la

bomba. Efectuar los cálculos de selección para una Unidad de Bombeo Mecánico

que deberá operar con una velocidad de 13 spm, una carrera en la varilla pulida de

168 plg y deberá mover una sarta de varillas telescopiada compuesta por 1”, 7/8” y

¾” de diámetro. Considerar la tubería de producción desanclada y anclada.


188

Datos:

D = 1 ¾”

dtp = 2 7/8”

LT = 8500 pies

dr = 1”, 7/8” y ¾”

H = 8500 pies

N = 13 spm

S = 168 plg

q = 350 BPD

G = 0.870



Er =0.699 x 10-6

plg/lbs-pie

Fc = 1.164

mr = 2.185 lbs/pie



Et = 0.221 x 10-6

plg/lbs-pie




Fo = (0.340) (G) (D2) (H)

Fo = (0.340) (0.870) (1.75)2 (8500)

Fo = 7,700.04 lbs


1/Kr = (Er) (LT)

1/Kr = (0.699 x 10-6

) (8500)

1/Kr = 5.9415 x 10-3

plg/lbs



SKr = S/(1/Kr)


189

SKr = 168/5.9415 x 10-3

SKr = 28,275.68 lbs


pulida.

(Fo/SKr)

Fo/SKr = 7700.04/28275.68

Fo/SKr = 0.272






N/No = (N)(LT)/245000

N/No = (13)(8500)/245000

N/No = 0.451



N/No’ = 0.387




0.6


1/Kt = (Et )(LT)

1/Kt = (0.221 x 10-6

)(8500)

1/Kt = 1.8785 x 10-3

plg/lbs

c

T

o F 24500

NL

'N

N

(1.164)245000

(13)(8500)

'N

N

o


190





Sp/S = 0.97


SP = [(Sp/S)(S)]–(Fo)(1/Kt)

Sp = (0.97)(168) – (7700.04)(1.8785 x 10-3

)

Sp = 148.49 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(148.49)(13)(1.75)2




K= 0.357


PD = K x Sp x N

PD = (0.357) (148.49) (13)






Wr = (mr)(LT)

Wr = (2.185)(8500)

Wr = 18,572.5 lbs


191


Wrf = Wr 1-(0.127)(G)

Wrf = 18572.5 1-(0.127)(0.870)

Wrf = 16,520.42 lbs


Wrf/SKr = 16520.42/28275.68

Wrf/SKr = 0.584






Torsión máxima





f) F1/SKr = 0.65

g) F2/SKr = 0.31

h) 2T/S2Kr = 0.48

i) F3/SKr = 0.44

j) Ta = 0.95




PPRL = 16520.42 + (0.65)(28275.68)

PPRL = 34,899.61 lbs




192

MPRL = 16520.42 – (0.31)(28275.68)

MPRL = 7,754.95 lbs



PT = (0.48)(28275.68)(168/2)(0.95)

PT = 1’083,071.64 lbs-plg


PRHP = (F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6

)

PRHP = (0.44)(28275.68) (168)(13)(2.53 x 10-6

)

PRHP = 68.74 hp

10. Contrabalanceo.

CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo)

CBE = 1.06 x (16520.42 + 7700.04 /2)

CBE = 21,592.66 lbs



apéndice A.


Donde:












193




bomba.


Fo = 7,700.04 lbs

1/Kr = 5.9415 x 10-3

plg/lbs

SKr = 28,275.68 lbs

Fo/SKr = 0.272

N/No = 0.451

N/No’ = 0.387

1/Kt = 1.8785 x 10–3

plg/lbs





Sp/S = 0.97


SP = [(Sp/S)(S)]

Sp = (0.97)(168)

Sp = 162.96 plg


PD = (0.1166)(Sp)(N)(D2)

PD = (0.1166)(162.96)(13)(1.75)2




K= 0.357


PD = K x Sp x N


194

PD = (0.357) (162.96) (13)





Wr = 18,572.5 lbs

Wrf = 16,520.42 lbs

Wrf/SKr = 0.584




a) F1/SKr = 0.65

b) F2/SKr = 0.31

c) 2T/S2Kr = 0.48

d) F3/SKr = 0.44

e) Ta = 0.95


PPRL = 34,889.61 lbs

MPRL = 7,754.95 lbs

PT = 1’083,071.64 lbs-plg

PRHP = 68.74 hp

CBE = 21,592.66 lbs



apéndice A.






CAPITULO III

UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPÍTULO III

203

APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO

A continuación se presenta una guía rápida para la selección de Unidades de

Bombeo Mecánico, con ella se puede saber cuales son los datos necesarios para iniciar la

selección de Unidades de Bombeo Mecánico, así como los pasos a seguir para obtener los

resultados finales y con ello seleccionar la unidad adecuada a las características que tiene el

pozo, como son: profundidad de la sarta y de colocación de la bomba, densidad relativa del

fluido, diámetro de la bomba, etc.

El objetivo principal de la siguiente tabla es obtener los datos principales para la

selección de la Unidad de Bombeo Mecánico adecuada, a partir de los datos que tiene el

pozo, utilizando el método API.

Datos conocidos del pozo

Nivel de Fluido H = _________________ pies

Prof. de la Bomba LT = _________________ pies

Diam. de la Tub. Prod. dt = _________________ plg ¿Está anclada? Si O No O

Velocidad de Bombeo N = _________________ spm

Carrera S = _________________ plg

Diam. del Émbolo D = _________________ plg

Diam. de las varillas que dr1 = _________________ plg

componen la sarta dr2 = _________________ plg

dr3 = _________________ plg

Densidad Relativa (fluido) G = _________________

Todos los datos anteriores deben ser conocidos de acuerdo con las características de

cada pozo, si no se llegara a llenar alguno de los espacios en blanco, no se podría efectuar

el cálculo necesario para la selección de la unidad requerida.

Consultando las tablas 3 y 7 del anexo A, pueden obtenerse los siguientes valores:

A partir de las características del pozo que se llenaron en los espacios en blanco, se

obtienen los valores fundamentales para la selección de la unidad, como es: el peso de la

sarta de varillas, módulo de elasticidad de las varillas y de la tubería de producción.

1. mr = _________________ lbs/pie

2. Er = _________________ x 10-6

plg/lbs-pie

3. Fc = _________________

4. Et = _________________ x 10-6

plg/lbs-pie

Con la obtención de estos valores, puede iniciarse los cálculos necesarios para la

selección de la Unidad de Bombeo Mecánico adecuada a las características del pozo.


204

A continuación se presentan las formulas necesarias para hacer los cálculos en la

selección de la unidad, únicamente debe llenar los espacios en blanco y efectuar las

operaciones necesarias, hasta obtener el resultado.

Cálculo de las variables no dimensionales

5. Fo = 0.340 x G x D2 x H = 0.340 x ________ x (________)

2 x ________ =________ lbs

6. 1/Kr = Er x LT = _________ x ________ = _________ lbs/plg

7. SKr = S/(1/Kr) = ________ _________ = ________ lbs

8. Fo/SKr = ________ ________ = ________

9. N/No = (N x LT)/245000 = (________ x _________) 245000 = ________

10. N/No’ = (N/No)/Fc = ________ ________ = ________

11. 1/Kt = Er x LT = ________ x ________ = ________ lbs/plg

Consultando los datos de la figura 1 del anexo B, se puede calcular la carrera efectiva

del pistón y el desplazamiento teórico de la bomba.

En la figura 1 del anexo B, con los valores de la relación de velocidad de bombeo a

la frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas y, con la relación del peso total de la

sarta de varillas en el fluido y las libras de carga necesaria para alargar la sarta de varillas

una cantidad igual a la varilla pulida,se obtiene el valor del factor de la carrera del émbolo.

12. Sp/S = ________

13. Sp = [(Sp/S) x S] – [Fo x 1/Kr] = [_______x_______]–[_______x_______]= ______ plg

14. PD = 0.1166 x Sp x N x N2 = 0.1166 x_______x_________ x_________ = ______ BPD

NOTA.- Si el desplazamiento teórico de la bomba falla para satisfacer los requerimientos

conocidos o anticipados, deberá hacer los ajustes apropiados con los datos que se asumen

en los pasos 1 al hasta el 14. Cuando el desplazamiento calculado de la bomba es aceptable,

se procederá con los cálculos de selección.

Determinación de los parámetros no dimensionales

15. Wr = mr x LT = _________ x _________ = _________ lbs

Este resultado es el peso total que componen la sarta de varillas de acuerdo con la

profundidad de la misma.

16. Wrf = Wr x [1 – (0.128 x G)] = ________ x [1 – (0.128 x ________)] = __________ lbs


205

El resultado anterior, es el peso de las varillas sumergidas en el fluido. Como se

observa, el resultado es menor al punto N° 15 debido al efecto de flotación o Principio de

Arquímedes.

17. Wrf/SKr = _________ __________ = __________

Si el valor anterior es mayor de 0.3, se deberá efectuar el ajuste en la figura 7 del

anexo B; si el valor es menor a 0.3, el ajuste se vuelve negativo.

Consultando los datos de las figuras 3, 4, 5, 6 y 7 del anexo B, se obtienen los

siguientes valores:

18. F1/SKr = ________

19. F2/SKr = ________

20. 2T/S2Kr = ________

21. F3/SKr = _________

22. Ta = _________

Los resultados anteriores, son los factores para determinar las características con las

cuales debe operar la Unidad de Bombeo Mecánico. A continuación se realizarán los

cálculos necesarios para la selección de la unidad.

Solución para las características de operación

23. PPRL = Wrf + [(F1/SKr) x SKr] = ________ + [(________ x _______)] = _________lbs

24. MPRL = Wrf – [(F2/SKr) x SKr] =________ - [(________ x ________)] = ________lbs

La obtención de los valores anteriores, es la carga máxima y mínima que soportará

la Unidad de Bombeo Mecánico, es decir, las libras de peso de las varillas y del fluido.

25. PT = (2T/S2Kr) (SKr)(S/2)(Ta)=_______x_______x (_____ 2)x_____= _______lbs-plg

El valor de la torsión máxima obtenido con el cálculo anterior, son las libras por

pulgadas de torsión que debe soportar la caja reductora de engranes de la Unidad de

Bombeo Mecánico. Para efectos de operación y de acuerdo a las tablas del apéndice

cortesía de industrias Lufkin, se debe seleccionar una unidad que soporte un mayor número

de lbs-plg de las que se obtuvieron por medio de los cálculos, esto para tener un factor de

tolerancia en la caja reductora de engranes.

26. PRHP=(F3/SKr)(SKr)(S)(N)(2.53 x 10-6

)=____x____x____x____x____x 2.53 x 10-6

PRHP= _________


206

Con el valor de la potencia en la varilla pulida, se puede seleccionar de acuerdo con

la tabla 19 del anexo A, el tamaño del motor que deberá operar la Unidad de Bombeo

Mecánico.

27. CBE = 1.06 (Wrf + ½ Fo) = 1.06 x [_____ x (1/2 _______)] = ________ lbs

La obtención del contrapeso requerido, es el peso necesario que debe tener la

manivela de la Unidad de Bombeo Mecánico para que no exista desbalanceo, es decir, que

falte o sobre peso en la manivela de la unidad, provocando que el motor llegue a forzarse y

a consecuencia de esto, un mayor consumo de energía en el motor.

ANEXOS

UNIVERSIDAD VERACRUZANA ANEXOS

1

A

A) TABLAS PARA SELECCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO MECÁNICO

DATOS DEL ÉMBOLO

DIÁMETRO

plg

dp

ÁREA

plg2

Ap

CONSTANTE DE LA BOMBA

BPD/plg/spm

K

1 0.785 0.116

1 1/16 0.886 0.131

1 ¼ 1.227 0.182

1 ½ 1.767 0.262

1 ¾ 2.405 0.357

1 25

/32 2.408 0.369

2 3.142 0.466

2 ¼ 3.976 0.590

2 ½ 4.909 0.728

2 ¾ 5.940 0.881

3 ¾ 11.045 1.639

4 ¾ 17.721 2.630




TABLA N° 1



2 A

DIÁMETROS DE ÉMBOLO RECOMENDADOS PAR ACONDICIONES

ÓPTIMAS.

NIVEL

DE

FLUIDO

NETO

pie

GASTO – BPD – Ev = 80 X

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

2000 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾

1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½

3000 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ½ 2 ½ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾ 2 ¾

1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ¼ 2 ½

4000 1 ¼ 1 ¾ 2 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼ 2 ¼

1 ½ 1 ¾ 2 2

5000 1 ¼ 1 ¾ 2 2 ¾ 2 ¼ 2 ¼

1 ½ 1 ¾ 1 ¾ 2

6000 1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 1 ¾

1 ¼ 1 ½

7000 1 ¼ 1 ½

1 1/8 1 ¼

8000 1 ¼

1 1/8

Esta tabla, se considera únicamente para carreras de varilla mayores de 74

plg.




TABLA N° 2



3 A

DATOS DE LA BOMBA Y DE LAS VARILLAS No.

DE

VARI

LLA

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

dp

PESO DE

LAS VAR.

lbs-pie

mr

CONSTANTE

ELÁSTICA

plg/lbs pie

X 10 -6,Er

FACTOR DE

FRECUENCI

A

Fc

SARTA DE VARILLAS, % DE CADA DIÁMETRO

1 1/8 1

7/8

3/4

5/8

1/2

44 Todos 0.726 1.990 1.000 - - - - - 100.0

54 1.06 0.906 1.668 1.138 - - - - 44.6 55.4

54 1.25 0.929 1.633 1.140 - - - - 49.5 50.5

54 1.50 0.957 1.584 1.137 - - - - 56.4 43.6

54 1.75 0.990 1.525 1.122 - - - - 64.6 35.4

54 2.00 1.027 1.460 1.095 - - - - 73.7 26.3

54 2.25 1.067 1.391 1.061 - - - - 83.4 16.6

54 2.50 1.108 1.318 1.023 - - - - 93.5 6.5

55 Todos 1.135 1.270 1.000 - - - - 100.0 -

- - -

64 1.06 1.164 1.382 1.229 - - - 33.3 33.1 33.5

64 1.25 1.211 1.319 1.215 - - - 37.2 35.9 26.9

64 1.50 1.275 1.232 1.184 - - - 42.3 40.4 17.3

64 1.75 1.341 1.141 1.145 - - - 47.4 45.3 7.4

65 1.06 1.307 1.138 1.098 - - - 34.4 65.6 -

65 1.25 1.321 1.127 1.104 - - - 37.3 62.7 -

65 1.50 1.343 1.110 1.110 - - - 41.8 58.2 -

65 1.75 1.369 1.090 1.114 - - - 46.9 53.1 -

65 2.00 1.394 1.070 1.114 - - - 52.0 48.0 -

65 2.25 1.426 1.045 1.110 - - - 58.4 41.6 -

65 2.50 1.460 1.018 1.099 - - - 65.2 34.8 -

65 2.75 1.497 0.990 1.082 - - - 72.5 27.5 -

65 3.25 1.574 0.930 1.037 - - - 88.1 11.9 -

66 Todos 1.634 0.883 1.000 - - - 100.0 - -

75 1.06 1.566 0.997 1.191 - - 27.0 27.4 45.6 -

75 1.25 1.604 0.973 1.193 - - 29.4 29.8 40.8 -

75 1.50 1.664 0.935 1.189 - - 33.3 33.3 33.3 -

75 1.75 1.732 0.892 1.174 - - 37.8 37.0 25.1 -

75 2.00 1.803 0.847 1.151 - - 42.4 41.3 16.3 -

75 2.25 1.875 0.801 1.121 - - 46.9 45.8 7.2 -




TABLA N° 3



4 A

Continuación de Tabla 3 No.

DE

VARI

LLA

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

dp

PESO DE

LAS VAR.

lbs-pie

mr

CONSTANTE

ELÁSTICA

plg/lbs pie

X 10 -6,Er

FACTOR DE

FRECUENCI

A

Fc


1 1/8 1

7/8

3/4

5/8

1/2

76 1.06 1.820 0.816 1.072 - - 28.5 71.5 - -

76 1.25 1.814 0.812 1.077 - - 30.6 69.4 - -

76 1.50 1.733 0.804 1.082 - - 33.8 66.2 - -

76 1.75 1.855 0.795 1.088 - - 37.5 62.5 - -

76 2.00 1.880 0.785 1.093 - - 41.7 58.3 - -

76 2.25 1.908 0.774 1.096 - - 46.5 53.5 - -

76 2.50 1.934 0.764 1.097 - - 50.8 49.2 - -

76 2.75 1.967 0.751 1.094 - - 56.5 43.5 - -

76 3.25 2.039 0.722 1.078 - - 68.7 31.3 - -

76 3.75 2.119 0.690 1.047 - - 82.3 17.7 - -

77 Todos 2.224 1.000 1.000 - - 100.0 - - -

85 1.06 1.883 0.873 1.261 - 22.2 22.4 22.4 33.0 -

85 1.25 1.943 0.841 1.253 - 23.9 24.2 24.3 27.6 -

85 1.50 2.039 0.791 1.232 - 26.7 27.4 26.8 19.2 -

85 1.75 2.138 0.738 1.201 - 29.6 30.4 29.5 10.5 -

86 1.06 2.058 0.742 1.151 - 22.6 23.0 54.3 - -

86 1.25 2.087 0.732 1.156 - 24.3 24.5 51.2 - -

86 1.50 2.133 0.717 1.162 - 26.8 27.0 46.3 - -

86 1.75 2.185 0.699 1.164 - 29.4 30.0 40.6 - -

86 2.00 2.247 0.679 1.161 - 32.8 33.2 33.9 - -

86 2.25 2.315 0.656 1.153 - 36.9 36.0 27.1 - -

86 2.50 2.385 0.633 1.138 - 40.6 39.7 19.7 - -

86 2.75 2.455 0.610 1.119 - 44.5 43.3 12.2 - -

87 1.06 2.390 0.612 1.055 - 24.3 75.7 - - -

87 1.25 2.399 0.610 1.958 - 25.7 74.3 - - -

87 1.50 2.413 0.607 1.062 - 27.7 72.3 - - -

87 1.75 2.430 0.603 1.066 - 30.3 69.7 - - -

87 2.00 2.450 0.598 1.071 - 33.2 66.8 - - -

87 2.25 2.472 0.594 1.075 - 36.4 63.6 - - -

87 2.50 2.496 0.588 1.079 - 39.9 60.1 - - -

87 2.75 2.523 0.582 1.082 - 43.9 56.1 - - -

87 3.25 2.575 0.570 1.084 - 51.6 48.4 - - -

87 3.75 2.641 0.556 1.078 - 61.2 38.8 - - -

87 4.75 2.793 0.522 1.038 - 83.6 16.4 - - -




TABLA N° 3 CONTINUACIÓN



5 A


DE

VARI

LLA

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

dp

PESO DE

LAS VAR.

lbs-pie

mr

CONSTANTE

ELÁSTICA

plg/lbs pie

X 10 -6,Er

FACTOR DE

FRECUENCI

A

Fc


1 1/8 1

7/8

3/4

5/8

1/2

88 Todos 2.904 0.497 1.000 - 100.0 - - - -

96 1.06 2.382 0.670 1.222 19.1 19.2 19.5 42.3 - -

96 1.25 2.435 0.655 1.224 20.5 20.5 20.7 38.3 - -

96 1.50 2.511 0.633 1.223 22.4 22.5 22.8 32.3 - -

96 1.75 2.607 0.606 1.213 24.8 25.1 25.1 25.1 - -

96 2.00 2.703 0.578 1.196 27.1 27.9 27.4 17.6 - -

96 2.25 2.806 0.549 1.172 29.6 30.7 29.8 9.8 - -

97 1.06 2.645 0.568 1.120 19.4 20.0 60.3 - - -

97 1.25 2.670 0.563 1.124 20.8 21.2 58.0 - - -

97 1.50 2.707 0.556 1.131 22.5 23.0 54.5 - - -

97 1.75 2.751 0.548 1.137 24.5 25.0 50.4 - - -

97 2.00 2.801 0.538 1.141 26.8 27.4 25.7 - - -

97 2.25 2.856 0.528 1.143 29.4 30.2 40.4 - - -

97 2.50 2.921 0.515 1.141 32.5 33.1 34.4 - - -

97 2.75 2.989 0.503 1.135 36.1 35.3 28.6 - - -

97 3.25 3.132 0.475 1.111 42.9 41.9 15.2 - - -

98 1.06 3.068 0.475 1.043 21.2 78.8 - - - -

98 1.25 3.076 0.474 1.045 22.2 77.8 - - - -

98 1.50 3.089 0.472 1.048 23.8 76.2 - - - -

98 1.75 3.103 0.470 1.051 25.7 74.3 - - - -

98 2.00 3.118 0.468 1.055 27.7 72.3 - - - -

98 2.25 3.137 0.465 1.058 30.1 69.9 - - - -

98 2.50 3.157 0.463 1.062 32.7 67.3 - - - -

98 2.75 3.180 0.460 1.066 35.6 64.4 - - - -

98 3.25 3.231 0.453 1.071 42.2 57.8 - - - -

98 3.75 3.289 0.445 1.074 49.7 50.3 - - - -

98 4.75 3.412 0.428 1.064 65.7 34.3 - - - -

99 Todos 3.676 9.393 1.000 100.0 - - - - -

107 1.06 2.977 0.524 1.184 16.9 16.8 17.1 49.1 - -

107 1.25 3.019 0.517 1.890 17.9 17.8 18.0 46.3 - -

107 1.50 3.085 0.506 1.195 19.4 19.2 19.5 41.9 - -







6 A


DE

VARI

LLA

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

dp

PESO DE

LAS VAR.

lbs-pie

mr

CONSTANTE

ELÁSTICA

plg/lbs pie

X 10 -6,Er

FACTOR DE

FRECUENCI

A

Fc


1 1/8 1

7/8

3/4

5/8

1/2

107 1.75 3.158 0.494 1.197 21.0 21.0 21.2 36.9 - -

107 2.00 3.238 0.480 1.195 22.7 22.8 23.1 31.4 - -

107 2.25 3.336 0.464 1.187 25.0 25.0 25.0 25.0 - -

107 2.50 3.435 0.447 1.174 26.9 27.7 27.1 18.2 - -

107 2.75 3.537 0.430 1.156 29.1 30.2 29.3 11.3 - -

108 1.06 3.325 0.447 1.097 17.3 17.8 64.9 - - -

108 1.25 3.345 0.445 1.101 18.1 18.6 63.2 - - -

108 1.50 3.376 0.441 1.106 19.4 19.9 60.7 - - -

108 1.75 3.411 0.437 1.111 20.9 21.4 57.7 - - -

108 2.00 3.452 0.432 1.117 22.6 23.0 54.3 - - -

108 2.25 3.498 0.427 1.121 24.5 25.0 50.5 - - -

108 2.50 3.548 0.421 1.124 26.5 27.2 46.3 - - -

108 2.75 3.603 0.415 1.126 28.7 29.6 41.6 - - -

108 3.25 3.731 0.400 1.123 34.6 33.9 31.6 - - -

108 3.75 3.873 0.383 1.108 40.6 39.5 19.9 - - -

109 1.06 3.839 0.378 1.035 18.9 81.1 - - - -

109 1.25 3.845 0.378 1.036 19.6 80.4 - - - -

109 1.50 3.855 0.377 1.038 20.7 79.3 - - - -

109 1.75 3.867 0.376 1.040 22.1 77.9 - - - -

109 2.00 3.880 0.375 1.043 23.7 76.3 - - - -

109 2.25 3.896 0.374 1.046 25.4 74.6 - - - -

109 2.50 3.911 0.372 1.048 27.2 72.8 - - - -

109 2.75 3.930 0.371 1.051 29.4 70.6 - - - -

109 3.25 3.971 0.367 1.057 34.2 65.8 - - - -

109 3.75 4.020 0.363 1.063 39.9 60.1 - - - -

109 4.75 4.120 0.354 1.066 51.5 48.5 - - - -







7 A

DATOS PARA DISEÑAR UN APAREJO DE VARILLAS TELESCOPIADAS.

DIÁMETRO DE LA SARTA

plg

VALORES DE R

5/8 –

3/4 R1 = 0.759 - 0.0896 Ap

R2 = 0.241 + 0.0896 Ap

¾ - 7/8 R1 = 0.786 - 0.0566 Ap

R2 = 0.214 + 0.0566 Ap

7/8 - 1 R1 = 0.814 - 0.375 Ap

R2 = 0.186 + 0.375 Ap

5/8 – ¾ -

7/8 R1 = 0.627 - 0.1393 Ap

R2 = 0.199 + 0.0737 Ap

R3 = 0.175 + 0.0655 Ap

¾ - 7/8 - 1 R1 = 0.664 - 0.0894 Ap

R2 = 0.181 + 0.0478 Ap

R3 = 0.155 + 0.0416 Ap

¾ - 7/8 – 1 – 1

1/8 R1 = 0.582 - 0.1110 Ap

R2 = 0.158 + 0.0421 Ap

R3 = 0.137 + 0.0364 Ap

R4 = 0.123 + 0.0325 Ap




TABLA N° 4



8 A

DATOS DE LA VARILLA DE SUCCIÓN.

DIÁMETRO

plg

ÁREA

plg2

PESO

lbs/pie

½ 0.196 0.72 5/8 0.307 1.16

¾ 0.442 1.63 7/8 0.601 2.16

1 0.785 2.88

1 1/8 0.994 3.64




TABLA N° 5


FACTOR DE ACELERACIÓN Longitud de carrera de la varilla pulida (plg)

spm 48 54 64 74 86 100 120 144 168 192 216 240

6 1.025 1.028 1.033 1.038 1.044 1.051 1.061 1.074 1.086 1.098 1.110 1.128

7 1.033 1.038 1.044 1.051 1.060 1.070 1.083 1.100 1.117 1.133 1.150 1.167

8 1.044 1.049 1.058 1.067 1.078 1.091 1.109 1.131 1.153 1.174 1.196 1.218

9 1.055 1.062 1.074 1.085 1.099 1.115 1.138 1.165 1.193 1.21 1.248 1.276

10 1.068 1.077 1.091 1.105 1.122 1.142 1.170 1.204 1.238 1.272 1.306 1.340

11 1.082 1.093 1.110 1.127 1.148 1.172 1.206 1.247 1.288 1.329 1.371 1.412

12 1.098 1.110 1.131 1.151 1.176 1.204 1.245 1.294 1.343 1.392 1.441

13 1.115 1.129 1.153 1.177 1.206 1.240 1.288 1.345 1.403 1.460

14 1.134 1.151 1.179 1.207 1.239 1.278 1.335 1.402 1.469 1.533

15 1.154 1.173 1.205 1.237 1.275 1.319 1.385 1.462

16 1.174 1.196 1.233 1.269 1.312 1.363 1.436 1.523

17 1.197 1.221 1.262 1.303 1.353 1.410 1.492

18 1.221 1.248 1.294 1.340 1.395 1.460 1.552

19 1.246 1.277 1.328 1.379 1.440 1.512

20 1.272 1.306 1.363 1.420 1.488 1.567

21 1.300 1.338 1.400 1.463 1.538 1.625

22 1.330 1.371 1.440 1.508 1.590

23 1.360 1.405 1.480 1.555 1.645

24 1.392 1.441 1.523 1.605 1.703




TABLA N° 6



9 A

DATOS DE LA TUBERÍA

DIA.

EXTERIOR

plg

DIA.

INTERIOR

plg

PESO

lbs/pie

ÁREA

At

plg2

CONSTANTE

ELÁSTICA

Plg/lbs pie

X 10-6

, Et

1.900 1.610 2.90 0.800 0.500

2 3/8 1.995 4.70 1.304 0.307

2 7/8 2.441 6.50 1.812 0.221

3 ½ 2.992 9.30 2.590 0.154

4 3.476 11.00 3.077 0.130

4 1/2 3.958 12.75 3.601 0.111




TABLA N° 7


FACTORES APROXIMADOS DE TORQUE MÁXIMO

UNIDAD CONVENCIONAL

CARRERA DE LA VARILLA

plg

FACTOR DE TORQUE

(TF máx.)

16 8.5

24 13.0

30 16.0

36 19.0

42 22.0

48 26.0

54 29.0

64 34.0

74 39.0

86 45.0

100 52.0

120 63.0

144 75.0

168 87.0




TABLA N° 8



10 A

FACTORES APROXIMADOS DE TORQUE MÁXIMO

UNIDAD MARK II

CARRERA DE LA

VARILLA

plg

TF1

TF2

64 29 37

74 34 43

86 39 51

100 47 57

120 55 71

144 66 88

168 79 102




TABLA N° 9


DATOS PARA DISEÑO DE UNIDADES API TAMAÑO 40 CON 34 plg DE

CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

1000-1100 2 ¾ 3 7/8 24 – 19

1100-1250 2 ½ 3 7/8 24 – 19

1250-1650 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19

1650-1900 2 2 ½ ¾ 24 – 19

1900-2150 1 ¾ 2 ½ ¾ 24 – 19

2150-3000 1 ½ 2 5/8 – ¾ 24 – 19

3000-3700 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 22 – 18

3700-4000 1 2 5/8 –

3/4 21 - 18




TABLA N° 10



11 A


CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

1150-1300 2 ¾ 3 7/8 24 – 19

1300-1450 2 ½ 3 7/8 24 – 19

1450-1850 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19

1850-2200 2 2 ½ ¾ 24 – 19

2200-2500 1 ¾ 2 ½ ¾ 24 – 19

2500-3400 1 ½ 2 5/8 – ¾ 23 – 18

3400-4200 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 22 – 17

4200-5000 1 2 5/8 –

3/4 21 - 17




TABLA N° 11



CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

1400-1550 2 ¾ 3 7/8 24 – 19

1550-1700 2 ½ 3 7/8 24 – 19

1700-2200 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19

2200-2600 2 2 ½ ¾ 24 – 19

2600-3000 1 ¾ 2 ½ ¾ 23 – 18

3000-4100 1 ½ 2 5/8 – ¾ 23 – 18

4100-5000 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 21 – 17

5000-6000 1 2 5/8 –

3/4 19 - 17




TABLA N° 12



12 A


CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

1700-1900 2 ¾ 3 7/8 24 – 19

1900-2100 2 ½ 3 7/8 24 – 19

2100-2700 2 ¼ 2 ½ ¾ 24 – 19

2700-3300 2 2 ½ ¾ 23 – 18

3300-3900 1 ¾ 2 ½ ¾ 22 – 17

3900-5100 1 ½ 2 5/8 – ¾ 21 – 17

5100-6300 1 ¼ 2 5/8 – ¾ 19 – 16

6300-7000 1 2 5/8 –

3/4 17 - 16




TABLA N° 13



CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

2000-2200 2 ¾ 3 7/8 24 – 19

2200-2400 2 ½ 3 7/8 23 – 19

2400-3000 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 23 – 19

3000-3600 2 2 ½ ¾ - 7/8 23 – 18

3600-4200 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 22 – 17

4200-5400 1 ½ 2 5/8 – ¾ -

7/8 21 – 17

5400-6700 1 ¼ 2 5/8 – ¾ -

7/8 19 – 15

6700-7750 1 2 5/8 – ¾ -

7/8 17 - 15




TABLA N° 14



13 A


CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

2400-2600 2 ¾ 3 7/8 24 – 20

2600-3000 2 ½ 3 7/8 23 – 18

3000-3700 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 22 – 17

3700-4500 2 2 ½ ¾ - 7/8 21 – 16

4500-5200 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 19 – 15

5200-6800 1 ½ 2 5/8 – ¾ -

7/8 18 – 14

6800-8000 1 ¼ 2 5/8 – ¾ -

7/8 16 – 13

8000-8500 1 2 5/8 – ¾ -

7/8 14 - 13




TABLA N° 15



CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

2800-3200 2 ¾ 3 7/8 23 – 18

3200-3600 2 ½ 3 7/8 21 – 17

3600-4100 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 21 – 17

4100-4800 2 2 ½ ¾ - 7/8 - 1 20 – 16

4800-5600 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 19 – 16

5600-6700 1 ½ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 18 – 15

6700-8000 1 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 17 – 13

8000-9500 1 1/16 2 ½ ¾ -

7/8 – 1 14 - 11




TABLA N° 16



14 A


CARRERA

PROF.

BOMBA

pie

DIA. DEL

ÉMBOLO

plg

DIA. DE

LA TUB.

plg

DIA. DE

LAS VAR.

plg

VELOCIDAD

DE BOMBEO

spm

3200-3500 2 ¾ 3 7/8 – 1 18 – 14

3500-4000 2 ½ 3 7/8 - 1 17 – 13

4000-4700 2 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 16 – 13

4700-5700 2 2 ½ ¾ - 7/8 - 1 15 – 12

5700-6600 1 ¾ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 14 – 12

6600-8000 1 ½ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 14 – 11

8000-9600 1 ¼ 2 ½ ¾ - 7/8 – 1 13 – 10

9600-11000 1 1/16 2 ½ ¾ -

7/8 – 1 12 - 10




TABLA N° 17


FACTORES DE SERVICIO

Servicio API C API D

No corrosivo 1.00 1.00

Agua salada 0.65 0.90

Ácido sulfhídrico 0.50 0.70




TABLA N° 18



15 A

MOTORES ELÉCTRICOS ECONO-PAC II

TAMAÑO TIPO CAPACIDAD MODELO (U.B.M.)

1 5-A 10 HP 114

2 11-A 21 HP 160

3 25-A 50 HP 456

4 35-A 70 HP 456-640

5 45-A 86 HP 640




TABLA N° 19



16 A

´

Émbolo del carrera la deFactor ,S

Sp

S

Sp

B) GRÁFICAS PARA DISEÑO DE INSTALACIONES DE BOMBEO MECÁNICO




FIGURA N° 1



17 A




FIGURA N° 2



18 A




FIGURA N° 3


Pulida Varilla laen Pico Carga ,K S

F

r

1

r

1

K S

F


19 A

´

Pulida Varilla laen Mínima Carga ,K S

F

r

2

r

2

K S

F




FIGURA N° 4



20 A

´´

MáximaTorsión ,K S

T 2

r2

r2 K S

T 2




FIGURA N° 5



21 A

Pulida Varilla laen Potencia ,K S

F

r

3

r

3

K S

F




FIGURA N° 6



22 A

Ta Ajuste de Torsión Máxima Para Valores de Wrf/S Kr Diferentes de 0.3

Modo de empleo: Multiplicar % Indicado en la curva por

Por ejemplo:

Ajuste= 3 % por cada 0.1 de Incremento en

Ajuste Total= 3 x 3 %= 9%

Nota: Si




FIGURA N° 7


0.600

rK S

rfW

0.300

rK S

Fo , 0.200

No'

N

0.3 de arriba

rK S

rfW

negativo vuelvese ajuste el 0.3 quemenor es

rK S

rfW

0.1

0.3SKr

Wrf

'No

N

rK S

Fo


23 A




FIGURA N° 8


APÉNDICE

25

A

EXPLICACIÓN DE LAS DESIGNACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO

Tipo de Unidad

de Bombeo

A – Balanceada

por Aire

C-228D-246-66 Longitud de

Carrera

máxima en

Pulgadas

C – Convencional Clasificación

de Carga de

Varilla

Pulida en

Cientos de

Libras

M – Mark II

Unitorque

Clasificación de

Torque Pico en Miles

de Libras-Pulgadas

D –

Reductor de

Engranaje

de doble

Reducción

UNIVERSIDAD VERACRUZANA APÉNDICE

26

* CORTESÍA DE INDUSTRIAS LUFKIN

A

ESPECIFICACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO CONVENCIONALES

UNIDAD

C-1824D-365-192

C-1280D-365-192

C-912D-365-192

C-912D-305-192 C-912D-365-168

C-640D-365-168

C-912D-305-168

C-640D-305-168

C-456D-305-168

C-912D-427-144 C-912D-365-144

C-640D-365-144

CAPACIDAD DEL

VÁSTAGO PULIDO; lbs 36,500 30,500 36,500 30,500 42,700 36,500

LONGITUDES DE

CARRERA; plg 192,168,145,124 192,168,145,124 168,145,124 168,145,124 144,124,106 144,124,106

BALANCÍN 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs 33” X 221 lbs 33” x 201 lbs

COLGADOR DE CABLE

DE ALAMBRE 1

3/8” X 16” CTRS

1 ¼” X 16”

CTRS

1 3/8” X 16”

CTRS

1 ¼” X 16”

CTRS

1 3/8” X 16”

CTRS 1

3/8” X 16” CTRS

MANIVELAS 106110C 106110C 94110C 94110C 94110C 94110C

COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC

COJINETE IGUALADOR OR OR OR OR OR OR

COJINETE CENTRAL OTGA OTGA OTGA OTGA OTGA OTGA




TABLA N° 1



27


A

UNIDAD

C-640D-305-144

C-456D-305-144

C-640D-256-144

C-456D-256-144

C-320D-256-144

C-640D-365-120

C-456D-365-120

C-640D-305-120

C-456D-365-120

C-456D-256-120

C-320D-256-120

C-456D-213-120

C-320D-213-120

C-228D-213-120

CAPACIDAD DEL

VÁSTAGO PULIDO;

lbs

30,500 25,600 36,500 30,500 25,600 21,300

LONGITUDES DE

CARRERA; plg

144,124,106 144,124,106 120,105,90 120,102,85 120,102,85 120,102,85

BALANCÍN 30” X 173 lbs 30” X 173 lbs 30” X 173 lbs 27” x 173 lbs 27” x 173 lbs 27” x 173 lbs

COLGADOR DE

CABLE DE ALAMBRE

1 ¼” x 16”

CTRS

1 ¼” x 16”

CTRS

1 3/8” x 12”

CTRS

1 ¼” x 12”

CTRS

1 1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS

MANIVELAS 94110C 94110C 94110C 8495C 8495C 8495C

COJINETE DEL

MUÑÓN

1 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC

COJINETE

IGUALADOR

OR OR OR OR OR OR

COJINETE CENTRAL 1TGA 1TGA 0TGA 1TGA 2TGA 2TGA







28


A

UNIDAD C-320D-305-100 C-456D-256-100

C-320D-256-100 C-228D-213-100

C-228D-173-100

C-160D-173-100

C-320D-246-86

C-228D-246-86

CAPACIDAD

DEL VÁSTAGO

PULIDO; lbs

30,500 25,600 21,300 17,300 24,600

LONGITUDES

DE CARRERA;

plg

100,85,70 100,85,70 100,86,73 100,86,73 86,74,61

BALANCÍN 27” X 146 lbs 27” X 146 lbs 24” x 117 lbs 24” x 104 lbs 24” x 117 lbs

COLGADOR DE

CABLE DE

ALAMBRE

1 ¼” x 12” CTRS 1 1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS

MANIVELAS 8495C 8495C 7478C 7478C 8495C

COJINETE DEL

MUÑÓN 2 SC 2 SC 2 SC 3 SD 3 SD

COJINETE

IGUALADOR 1R 1R 1R 2RA 2RA

COJINETE

CENTRAL 2TGB 2TGB 2TGB 2TGB 2TGB







29


A

UNIDAD C-320D-213-86

C-228D-213-86 C-160D-173-86 C-114D-119-86 C-320D-246-74

C-228D-200-74

C-160D-200-74

CAPACIDAD DEL

VÁSTAGO

PULIDO; lbs

21,300 17,300 11,900 24,600 20,000

LONGITUDES DE

CARRERA;

plg

86,74,62 86,74,62 86,72,59 74,64,54 74,64,54

BALANCÍN 24” x 104 lbs 24” x 104 lbs 24” x 84 lbs 24” x 104 lbs 24” x 94 lbs

COLGADOR DE

CABLE DE

ALAMBRE

1 1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 12” CTRS 1

1/8” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS

MANIVELAS 7478C 7478C 6468C 7478C 7478C

COJINETE DEL

MUÑÓN 3 SD 3 SD 4 SD 3 SD 3 SD

COJINETE

IGUALADOR 2RA 2RA 3R 2RA 2RA

COJINETE

CENTRAL 2TGB 2TGB 4TGA 2TGB 2TGB







30


A

CONRABALANCEO DE UNIDADES CONVENCIONALES

UNIDAD C-228D-173-74

C-160D-173-74

C-160D-143-74

C-114D-143-74

C-160D-173-64

C-114D-173-64

C-160D-143-64

C-114D-143-64 C-80D-119-64

CAPACIDAD

DEL VÁSTAGO

PULIDO; lbs

17,300 14,300 17,300 14,300 11,900

LONGITUDES

DE CARRERA;

plg

74,62,51 74,62,51 64,54,44 64,52,40 64,53,42


COLGADOR DE

CABLE DE

ALAMBRE

1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS 1” x 9” CTRS

MANIVELAS 6468C 6468C 6468C 5456C 4058C

COJINETE DEL

MUÑÓN 3 SD 4 SD 4 SD 4 SD 5 SA

COJINETE

IGUALADOR 2RA 3R 3R 3R 4R

COJINETE

CENTRAL 2TGB 4TGA 4TGA 4TGA 4TGA




TABLA N° 2



31


A

UNIDAD C-114D-173-54 C-114D-133-54

C-80D-133-54 C-80D-119-54 C-57D-76-54 C-80D-133-48

CAPACIDAD

DEL VÁSTAGO

PULIDO; lbs

17,300 13,300 11,900 7,600 13,300

LONGITUDES

DE CARRERA;

plg

54,44,34 54,45,36 54,45,36 54,41,28 48,40,32


COLGADOR DE

CABLE DE

ALAMBRE

1” x 9” CTRS 7/8” X 9”CTRS

7/8” X 9”CTRS ¾” X 9” CTRS ¾” X 9” CTRS

MANIVELAS 5456C 4850C 4850C 4246C 4850C

COJINETE DEL

MUÑÓN 4 SD 5 SA 5 SA 5 SA 5 SA

COJINETE

IGUALADOR 3R 4R 4R 5R 4R

COJINETE

CENTRAL 4TGA 4TGA 4TGA 5C 4TGA







32


A

UNIDAD C-80D-109-48

C-57D-109-48 C-57D-95-48 C-40D-76-48

C-57D-89-42

C-40D-89-42

C-57D-76-42

C-40D-76-42

CAPACIDAD

DEL VÁSTAGO

PULIDO; lbs

10,900 9,500 7,600 8,900 7,600

LONGITUDES

DE CARRERA;

plg

48,37,25 48,37,25 48,37,27 42,33,23 42,33,23

BALANCÍN 16” X 45 lbs 16” X 45 lbs 16” X 36 lbs 16” X 36 lbs 16” X 36 lbs

COLGADOR DE

CABLE DE

ALAMBRE

7/8” X 9”CTRS

7/8” X 9”CTRS

7/8” X 9”CTRS ¾” x 6 ½” CTRS ¾” x 6 ½” CTRS

MANIVELAS 4246B 4246B 3644B 3644B 3644B

COJINETE DEL

MUÑÓN 5 SA 5 SA 6 6 6

COJINETE

IGUALADOR 5R 5R 7R 7R 7F

COJINETE

CENTRAL 5C 5C 6CA 6CA 6CA







33


A

CONTRABALANCEO DE UNIDADES CONVENCIONALES

UNIDAD C-1324D-365-192

C-1280D-365-192

C-912D-365-192

C-912D-305-192

C-912D-365-168

C-912D-305-168

C-640D-365-168

C-640D-305-168

C-456D-305-168

C-912D-427-144

C-912D-365-144

A-640D-365-144

C-640D-305-144

C-456D-305-144

C-640D-256-144

C-456D-256-144

C-320D-256-144

C-640D-365-120

C-456D-365-120

C-640D-305-120

C-456D-305-120

CARRERA; PLG 192 192 168 144 144 144 120 120

DESEQUIL.

ESTRUCTURAL -1,985 LBS -1,800 LBS -1,500 LBS -650 LBS -520 LBS -400 LBS +570 LBS -120 LBS

MANIVELAS 106110C 106110C 94110C 94110C 94110C 94110C 94110C 8495C

CONTRABAL.

MANIVELAS 3,215 3,400 4,360 6,190 6,360 6,480 8,670 5.570

4 CONTRAPESOS

No. 00R0L 19,970 20,155

4 PESOS AUXIL.

No. 00SL 24,915 25,100

8 PESOS AUXIL.

No. 00SL 29,860 30,045

4 CONTRAPESOS

No. 00R0 16,535 16,720 19,370 23,710 23,970 29,415

4 PESOS AUXIL.

No. 00S 20,555 20,740 23,900 28,995 35,670

8 PESOS AUXIL.

No. 00S 24,575 24,760 28,430 34,285

4 CONTRAPESOS

No. 0R0 14,835 15,020 17,455 21,475 21,475 21,485 26,765 20.430

4 PESOS AUXIL.

No. 0S 18,695 18,880 21,805 26,550 26,825 32,775 25.365

8 PESOS AUXIL.

No. 0S 22,555 22,740 26,150 31,625




TABLA N° 3



34


A

4 CONTRAPESOS

No. 0AR0 13,045 13,230 15,440 19,125 19,360 19,480 23,980 18.305

4 PESOS AUXIL.

No. 0AS 16,090 16,275 18,870 23,130 23,385 23,505 28,725 22.250

8 PESOS AUXIL.

No. 0AS 19,135 19,320 22,300 27,130 27,410 33,465 26.190

4 CONTRAPESOS

No. 1RO 10,865 11,050 12,980 16,250 16,470 16,590 20,580 15.505

4 PESOS AUXIL.

No. 1S 13,215 13,400 15,630 19,345 19,580 19,700 24,240 18.555

8 PESOS AUXIL.

No. 1S 15,565 15,750 18,280 22,435 22,690 22,810 27,905 21.610

4 CONTRAPESOS

No. 2RO 9,580 9,765 11,535 14,565 14,775 14,895 18,585 13.845

4 PESOS AUXIL.

No. 2S 11,860 12,045 14,105 17,565 17,790 17,910 22,135 16.810

8 PESOS AUXIL.

No. 2S 14,140 14,325 16,675 20,565 20,810 20,930 25,690 19.770

4 CONTRAPESOS

No. 3CRO 8,340 8,525 10,135 12,935 13,135 13,255 16,650 12.285

4 PESOS AUXIL.

No. 3RS 10,550 10,735 12,625 15,840 16,055 16,175 20,095 15.175

8 PESOS AUXIL.

No. 3RS 12,760 12,945 15,115 18,745 18,980 18,100 25,535 18.070

4 CONTRAPESOS

No. 5ARO 8,505 11,025 11,200 11,340 14,395 10.475

4 PESOS AUXIL.

No. 5A 10,165 12,965 13,165 13,285 16,690 12.445

8 PESOS AUXIL.

No. 5A 11,825 14,905 15,115 15,235 18,985 14.410

8 PESOS AUXIL.

No. 5C 10,465 13,315 13,520 13,640 17,105 12.755







35


A

UNIDAD

C-320D-246-74

C-228D-200-74

C-160D-200-74

C-228D-173-74

C-160D-173-74

C-160D-143-74

C-114D-143-74

C-160D-173-64

C-114D-173-64

C-160D-143-64

C-114D-143-64 C-80D-119-64 C-114D-173-64

C-114D-133-54

C-80D-133-54

CARRERA; PLG 74 74 74 64 64 64 54 54

DESEQUIL.

ESTRUCTURAL + 800 LBS + 450 LBS + 300 LBS + 550 LBS + 360 LBS 0 LBS + 500 LBS + 330 LBS

MANIVELAS 7478C 6468C 6468C 6468C 5456C 4850C 5456C 4850B

CONTRABAL.

MANIVELAS 5,960 4,235 4,090 4,880 2,665 2,155 3,190 2,845

4 CONTRAPESOS

No. 2R0 15,870

4 PESOS AUXIL.

No. 2S 19,425

4 CONTRAPESOS

No. 3CR0 14,110 11,005 10,870 12,630 8,605 10,115

4 PESOS AUXIL.

No. 3RS 17,625 13,925 13,790 15,965 11,165 13,105

8 PESOS AUXIL.

No. 3RS 21,140 16,840 13,725 16,090

4 CONTRAPESOS

No. 5ARO 12,025 9,360 9,220 10,745 7,290 6,120 8,585 7,470

4 PESOS AUXIL.

No. 5A 14,460 11,410 11,275 13,090 9,145 7,74 10,475 9,360

8 PESOS AUXIL.

No. 5A 16,890 13,465 13,330 15,440 10,995 12,910 11,250

4 CONTRAPESOS

No. 5CRO 10,445 8,040 7,900 9,235 6,120 5,135 7,220 6,320

4 PESOS AUXIL.

No. 5C 12,660 9,915 9,780 11,380 7,830 6,610 9,210 8,040

8 PESOS AUXIL.

No. 5C 14,880 11,795 11,660 13,530 9,535 11,205 9,760







36


A

ESPECIFICACIONES DE UNIDADES DE BOMBEO MARK II

UNIDAD M-1824D-427-216

M-1280D-427-216 M-912D-365-216 M-912D-305-216

M-1280D-427-192

M-912D-427-192

M-912D-305-192

M-640D-305-192

M-456D-305-192

M-912D-365-168

M-640D-365-168

CAPACIDAD DEL


LONGITUDES DE

CARRERA; PLG 216,192,167 216,191,167 216,192,167 192,168,144 192,167,144 168,149,130

BALANCÍN 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 131 LBS 24” x 104 LBS

COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC 1 SC

COJINETE CENTRAL P 19 P 19 P 19 P 19 P 19 P 18

COJINETE IGUALADOR C 232 C 232 C 232 C 232 C 232 C 22 C

COLGADOR DE CABLE

DE ALAMBRE 1

3/8” X 16” Ctrs 1

3/8” X 16” Ctrs 1

3/8” X 16” Ctrs 1

3/8” X 16” Ctrs 1

3/8” X 16” Ctrs 1

3/8” X 12” Ctrs

MANIVELAS 216130 MRO 216130 MRO 216130 MRO 192130 MRO 192130 MRO 168108 MRO




TABLA N° 4



37


A

UNIDAD M-912D-305-168

M-640D-305-168

M-456D-305-168

M-912D-365-144

M-640D-365-144

M-456D-365-144

M-912D-305-144

M-640D-305-144

M-456D-305-144

M-640D-246-144

M-456D-246-144

M-320D-246-144

M-456D-365-120

M-640D-305-120

M-456D-305-120

M-320D-305-120

M-456D-256-120

M-320D-256-120

M-228D-256-120

CAPACIDAD DEL

VÁSTAGO PULIDO; lbs 30,500 36,500 30,500 25,600 36,500 30,500 25,600

LONGITUDES DE

CARRERA; PLG 168,149,130 144,128,112 144,128,112 144,128,112 120,104,88 120,104,88 120,104,88

BALANCÍN 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS 24” X 84 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS

COJINETE DEL MUÑÓN 1 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC

COJINETE CENTRAL P 18 P 18 P 18 P 18 P 18 P 18 P 18

COJINETE IGUALADOR C 22 C C 232 C 22 C C 22 C C 232 C 22 C C 22 C

COLGADOR DE CABLE

DE ALAMBRE 1

1/4” x 12” Ctrs 1

3/8” x 12” Ctrs 1

1/4” x 12” Ctrs 1

1/8” x 9” Ctrs 1

3/8” x 12” Ctrs 1

1/4” x 12” Ctrs 1

1/8” x 9” Ctrs

MANIVELAS 168108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 120108 MR 120108 MR 120108 MR







38


A

UNIDAD

M-320D-213-120

M-228D-213-120

M-320D-305-100

M-320D-256-100

M-228D-256-100

M-228D-173-100 M-228D-246-86 M-228D-213-86

M-160D-213-86 M-160D-173-86

CAPACIDAD DEL

VÁSTAGO PULIDO; lbs 21,300 36,500 25,600 17,300 24,600 21,300 17,300

LONGITUDES DE

CARRERA; PLG 120,104,88 100,84,68 100,84,68 100,84,68 86,72.4,58.6 86,72.4,58.6 86,72.4,58.6

BALANCÍN 21” X 62 LBS 24” X 84 LBS 21” X 68 LBS 16” X 57 LBS 16” X 57 LBS 16” X 45 LBS 16” X 45 LBS

COJINETE DEL MUÑÓN 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC 2 SC

COJINETE CENTRAL P 18 P 18 P 18 P 16 P 16 P 16 P 13

COJINETE IGUALADOR C 22 C C 22 C C 22 C C 19 C 20 N C 20 N C 18 N

COLGADOR DE CABLE

DE ALAMBRE 1

1/8” x 9” Ctrs 1

1/4” x 12” Ctrs 1

1/8” x 9” Ctrs 1

1/8” x 9” Ctrs 1

1/8” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs

MANIVELAS 120108 MRO 100108 MR 100108 MR 100108 MR 8686 MR 8686 MR 8686 MR







39


A

UNIDAD M-114D-143-86 M-228D-200-74

M-160D-200-74

M-228D-173-74

M-160D-173-74

M-114D-173-74

M-114D-143-74 M-114D-173-64 M-114D-143-64

CAPACIDAD DEL


LONGITUDES DE

CARRERA; PLG 86,74,62 74,60.4,46.8 74,60.4,46.8 74,60,46 64,52,40 64,52,40

BALANCÍN 14” x 34 LBS 16” x 45 LBS 16” x 45 LBS 14” x 34 LBS 14” x 34 LBS 14” x 34 LBS

COJINETE DEL MUÑÓN 4 SD 2 SC 2 SC 4 SD 3 SD 4 SD

COJINETE CENTRAL P 13 P 16 P 13 P 13 P 13 P 13

COJINETE IGUALADOR C 18 N C 20 N C 18 N C 18 N C 18 N C 18 N

COLGADOR DE CABLE

DE ALAMBRE 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs 1” x 9” Ctrs

MANIVELAS 8662 MR 7486 MR 7486 MR 7462 MR 6462 MR 6462 MR







40


A

CONTRABALANCEO DE UNIDADES MARK II

UNIDAD M-1280D-427-216

M-912D-305-216

M1280D-427-192

M-912D-305-192

M-640D-305-192

M-456D-305-192

M-912D-365-168

M-912D-305-168

M-640D-305-168

M-456D-305-168

M-912D-365-144

M-640D-365-144

M-456D-365-144

M-912D-305-144

M-640D-305-144

M-456D-305-144

M-640D-256-144

M-456D-256-144

M-320D-256-144

EMBOLADA 216” 192” 168” 168” 144” 144” 144”

DESEQUIL.

DE

ESTRUCTUR

A

-7,450 Lbs. -7,160 Lbs. -5,385 Lbs. -4,860 Lbs. -4,680 Lbs. - 4,300 Lbs. - 4,010 Lbs.

MANIVELAS 216130 MRO 192130 MRO 168108 MRO 168108 MRO 144108 MRO 144108 MRO 144108 MRO

Contrap.

Manivelas

Solas

1,930 3,415 490 1,015 3,130 3,515 3,805

4 contrapesos

No. 130R0 21,775 25,010

4 contrapesos

No. 130D 32,785 36,995

4 contrapesos

No. 00R0 18,140 21,060 16,140 16,665 21,835 22,220 22,510

4 pesos Aux.

No. 00S 23,030 26,380 20,860 21,390 27,480 27,865

8 Pesos Aux.

No. 00S 27,920 31,705 25,585 26,110 33,125

4 contrapesos

No. 0R0 16,070 18,805 14,140 14,665 19,450 19,830 20,120

4 pesos Aux.

No. 0S 20,765 23,915 18,675 19,200 24,865 25,250

4 pesos Aux.

No. 1S 13,890 16,435 12,225 12,750 17,160 17,540 17,830




TABLA N° 5



41


A

8 pesos Aux.

No. 1S 16,705 19,500 14,985 15,510 20,460 20,840 21,130

4 contrapesos

No. 2R0 9,525 11,680 7,960 8,485 12,055 12,440 12,730

4 pesos Aux.

No. 2S 12,245 14,645 10,635 11,160 15,255 15,640 15,930

8 pesos Aux.

No. 2S 14,970 17,605 13,310 13,835 18,455 18,840 19,125

4 contrapesos

No. 3CR0 8,000 10,025 6,505 7,030 10,320 10,705 10,990

4 pesos Aux.

No. 3BS 10,620 12,875 9,100 9,620 13,420 13,800 14,090

8 pesos Aux.

No 3S 13,240 15,725 11,695 12,210 16,520 16,895 17,190

4 contrapesos

No. 5AR0 6,285 8,106 4,850 5,375 8,345 8,725 9,015

4 pesos Aux.

No. 5ª 8,040 10,070 6,110 7,135 10,450 10,830 11,120

8 pesos Aux:

No. 5A 9,795 11,980 7,370 8,895 12,555 12,935 13,225

4 contrapesos

No. 5CR0 5,120 6,890 3,695 4,220 6,960 7,345 7,635

4 pesos Aux.

No. 5C 6,700 8,610 5,280 5,805 8,855 9,240 9,525

8 pesos Aux.

No. 5C 8,280 10,325 6,860 47,385 10,745 11,125 11,415

4 contrapesos

No. 6R0 4,390 6,106 2,970 3,495 6,095 6,480 6,770

4 pesos Aux.

No. 6 5,320 7,110 3,905 4,430 7,215 7,600 7,890







42


A

CUADRO DE CLASIFICACIONES DE UNIDADES AEROBALANCEADAS

UNIDAD

Clase

de carga

del

vástago

Longitud de

la carrera

pulgadas

Diám.

del

pistón,

Plg.

Tamaño del

balancín

Cable de

alambre,

diámetro

y centros

Tamaños de poleas

flotantes, pg

Cojinetes

Muñón Igual

ador

Poste

maestro

Tanque

de aire

A-2560D-470-240 47,000 240-200 14 ½ 36 x16 ½ @ 245 # 1 3/8” x

16” 68” (16D) OT E32 P19 334

A-1824D-470-240 “ 240-200 “ “ “ 40,46,51,55,68 (11D) “ E26 “ “

A-1824D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “

A-1824D-427-192 “ 192-168-144 “ “ “ “ “ “ “ “

A-1280D-470-240 47,000 240-200 “ 36 x16 ½ @ 245 # “ 40,46,51,55,68 (10D) “ “ “ “

A-1280D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “

A-1280D-427-192 “ 192-168-144 “ “ “ “ “ “ “ “

A-1280D-305-168 30,500 168-141-118 13 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ 232

A-912D-470-240 47,000 240-200 14 ½ 36 x16 ½ @ 245 # “ 28,34,40,46,51 (8D) “ “ “ 334

A-912D-427-216 42,700 216-190-162 “ 33 x15 ¾ @201# “ “ “ “ “ “

A-912D-427-192 “ 192-68-144 “ “ “ “ “ “ “ “

A-912D-305-168 30,500 168-141-118 13 27 x 14 @ 146# “ 28,34,40,46,51 (7D) “ “ “ 232

A-912D-427-144 42,700 144-120-100 “ 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ “

A-640D-305-168 30,500 168-141-118 “ 27 x 14 @ 146# “ 28,34,40,46,51 (6D) “ “ “ “

A-640D-427-144 42,700 140-120-100 “ 27 x 14 @ 161# “ “ “ “ “ “

A-640D-305-144 30,500 “ 12 27 x 14 @ 146# 1 ¼” x 12” “ “ “ P18 326

A-640D-365-120 36,500 120-100-86 “ “ “ “ “ “ “ “

A-456D-305-144 30,500 144-120-100 “ “ “ 28,34,40,46,51 (6D o 8C) “ “ “ “




TABLA N° 6



43


A

A-456D-365-120 36,500 120-100-86 “ “ “ “ “ “ “ “

A-456D-256-120 25,600 120-104-90 11 24 x 12 ¾ @ 104# “ “ “ “ “ 324

A-320D-256-120 “ “ “ “ “ 25,30,36,41¼ (6C o 5D) 2T E22 “ “

A-320D-305-100 30,500 100-86-74 “ “ “ “ “ “ “ “

A-228D-173-100 17,300 “ 10 21 x 12 @ 101# 11/8” x 12” 24½ , 30,36,41½(5Co4D) “ “ P17 322

A-228D-246-86 24,600 76-74-64 “ “ “ “ “ “ “ “

A-160D-200-74 20,000 74-64-54 “ 18 x 11 @ 76# “ 24¼,29¼,33¼,38 (4Co3D) 3TA E19 P16 “

A-114D-173-64 17,300 64-54 “ 16 x 8 ½ @ 67# 1” x 9” 19¼,24,33 ¼ (3C) “ E18 “ 318







44


A

UNIDAD *Presión promedio, lbs/plg

2 mang.

150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 410

A-2560D-470-220

A-1824D-470-240

A-1280D-470-240

A-912D-470-240

2,870 5,740 8,610 11,480 14,350 17,220 20,090 22,960 25,830 28,700 29,850

A-1824D-427-216

A-1280D-427-216

A-912D-427-216

920 3,220 5,520 7,820 10,120 12,420 14,720 17,020 19,320 21,620 23,920 24,830

A-1824D-427-192

A-1280D-427-192

A-912D-427-192

3,905 6,475 9,045 11,615 14,185 16,755 19,325 21,895 24,465 27,035 29,605 30,635

A-1280D-305-168

A-912D-305-168

A-640D-305-168

2,810 4,700 6,585 8,475 10,365 12,250 14,140 16,030 17,915 19,805 21,695 22,450

A-912D-427-144

A-640D-427-144 5,240 7,420 9,605 11,785 13,970 16,150 18,335 20,515 22,700 24,880 27,065 27,935

A-640D-305-144

A-456D-305-144 3,520 5,125 6,725 8,330 9,935 11,540 13,145 14,475 16,530 17,955 19,560 20,200

A-640D-365-120

A-456D-365-120 4,725 6,630 8,535 10,440 12,345 14,250 16,155 18,060 19,965 21,870 23,775 24535

A-456D-256-120

A-320D-256-120 4,035 5,415 6,795 8,175 9,560 10,940 12,320 13,700 15,085 16,465 17,845 18,400




TABLA N° 7



45


A

A-320D-305-100 4,855 6,495 8,135 9,775 11,415 13,055 14,695 16,335 17,975 19,615 21,255 21,910

A-228D-173-100 2,925 4,060 5,195 6,335 7,470 8,610 9,745 10,885 12,02 13,610 14,295 14,750

A-228D-246-86 4,045 5,355 6,670 7,890 9,295 10,605 11,920 13,230 14,545 15,855 17,710 17,695

A-160D-200-74 4,410 5,680 6,945 8,215 9,480 10,750 12,015 13,285 14,550 15,820 17,085 17,595

A-114D-173-64 2,760 3,550 4,345 5,135 5,930 6,720 7,515 8,305 9,100 9,890 10,685 11,000






UNIVERSIDAD VERACRUZANA BIBLIOGRAF´ÍA

BIBLIOGRAFÍA

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CATÁLOGO GENERAL TRICO, INC.

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manual diseño bombeo mecanico

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