pozos bombeo mecanico convencional

Curso de Producción Sección3.39

39 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\Bibliografia\Manuales FamiliaPetroleo\Produccion\manual_producc\CAPITULO_3_BOMBEO_MECANICO.doc

SECCIÓN 3.0: LOS POZOS DE BOMBEO CONVENCIONALES

PARTE 3.1: Unidad de Bombeo y Bombas de VarillasPueden usarse las Unidad de Bombeo y Bombas de Varillas en casi cualquiersituación. Ellos son muy comunes, tienen los requisitos de mantenimiento bajosy son relativamente barato de operar.El" sistema" consiste en 2 partes: el equipo de la superficie, y equipo del fondodel pozo

El Equipo de la superficie

La Unidad de Bombeo convencional consiste en lo siguiente componentes:

Las principales partes que componen una Unidad de Bombeo (en estecaso la descripción se limitará a la unidad convencional ya que secompone de partes típicas para la mayoría de las unidades) son lassiguientes (ver figura 3.11):

Estructura

Apoyos estructurales

Reductor

Transmisión



Partes que componen la Unidad de Bombeo convencional



Los tipos de Unidad de BombeoHay que 3 tipos comunes de Unidad de Bombeo y sólo uno, el convencionalexiste en Cuba

3.1.1 Descripción de los diferentes tipos de unidades de bombeosegún el sistema de contrabalanceo.

Unidad convencional balanceada en la manivela

Las unidades de bombeo convencionales balanceadas con la manivelason las que comúnmente se usan hoy en día, especialmente enlongitudes de recorrido medias y cortas. En la figura 3.12 se muestraeste tipo de unidad. La rotación de las manivelas conectadas a los ladosde las bielas provoca que el balancín pavote sobre el cojinete central,causando así que el varillón se mueva hacia arriba y hacia abajo a travésde su conexión con el cable y cabezal. Los contrapesos ajustableslocalizados en las manivelas son de un metal pesado fundido.Figura 3.12 Unidad de Bombeo convencional (Lufkin)

Unidades balanceadas por aire.

Las unidades de bombeo balanceadas por aire son básicamente iguales alas discutidas anteriormente, en las que la rotación de la manivelaprovoca que el balancín pivotee y mueva el varillón hacia arriba y haciaabajo. La figura 3.13 muestra una instalación típica de una unidadbalanceada por aire. Estas unidades son compactas y relativamente



ligeras. El tanque cilíndrico alargado que está al frente de la unidad alojaun pistón y un cilindro de aire. La fuerza ejercida por la compresión delaire en el cilindro se usa para contrapesar parcialmente la carga delpozo. Un dispositivo especial de sellaje se utiliza para prevenir lossalideros de aire entre el pistón y el cilindro. También posee uncompresor auxiliar para mantener el sistema de presión de aire en unnivel óptimo de trabajo.Figura 3.13 Unidad deBombeo balanceada poraire (Lufkin)

Unidades balanceadas con viga o balancín de contrapeso.La figura 3.14 muestra una unidad balanceada en el balancín. Estaunidad es muy similar a la balanceada con manivela convencional,excepto que los contrapesos se montan en una extensión del balancín.En general el uso de este tipo de unidad ha sido limitado a pequeñasdimensiones. La razón fundamental es debido a que la velocidad de labomba es baja ya que. Altas velocidades de bombeo pueden traer comoconsecuencia vibraciones que pueden destruir la Unidad deBombeo.Figura 3.14 Unidades balanceadas con viga o balancín (Lufkin)

Unidades MARK II



En la figura 3.15 se puede ver una unidad balanceada con manivela (congeometría especial). Este tipo de unidad tiene dos únicas características:

-El cojinete compensador el cual se acciona por los miembros lateralesde la biela es movido hacia adelante y colocado muy cerca del cabezal delbalancín en vez de directamente encima del eje o cigüeñal del engranajereductor.-La manivelas tienen un dogleg (balance angular) para producir unacondición de “fuera de fase” entre el momento en el reductor ejercido porla carga del pozo y el momento ejercido por los pesos de contrabalanceo.

Con estas dos características y con las manivelas limitadas a rotarsolamente en un sentido, un torque más uniforme es aplicado al eje delcigüeñal. Los torques máximos, normalmente más prominentes enunidades convencionales con manivelas balanceadas, son reducidos engran magnitud de esta manera.

Figura3.15Unidad balanceada con manivela de geometría especial(Lufkin).

Unidades balanceadas con manivela (con geometría especial) (Algunas de estas unidades se fabrican con el reductor cambiado deposición, desde una posición directamente por debajo del cojinetecompensador hasta una posición en la base estructural más alejada dela línea central del pozo. Este cambio con respecto a la geometríaconvencional causa una variación en los factores de torque en losrecorridos ascendentes y descendentes. Este cambio geométrico tambiéncausa un cambio en los intervalos de tiempo de los ciclos de recorrido.



Este tipo de unidad usualmente también tiene un sistema “fuera de fase”o contrabalanceo descrito previamente y frecuentemente requiere unsentido de rotación específico..Rotaflex las Unidades del Recorrido Largo usadas en Varadero

Se encuentran las unidades de recorrido largos esparcido alrededor del campo(Varadero) y están reconocido por la torre alta. Estas unidades puedenproporcionar un recorrido de 25.' La ventaja del recorrido largo es que opera lascabillas y las bombas con mayor eficiencia Esto es debido a menos inversionesde las cabillas y una más baja fuerza de aceleración. Se usan las unidades delrecorridos largos en pozos de la producción profundos, altos volúmenes deproducción que desafiarían los límites de una Unidad de Bombeo convencional ybombas sobredimensionadas. El ensamble puede plegarse para transportar en



camión o puede trasladarse atrás del equipo de servicio.



EstructuraBásicamente las partes que componen la estructura de la Unidad deBombeo son: el poste maestro, el balancín, la cabeza de balancín, elcojinete compensador y bielas de los lados. Su función es servir comomiembro rígido por el cual el poste maestro, el reductor y el motor sonunidos con una apropiada alineación para llevar a cabo esta operación.

El poste maestro es normalmente construido de 2 ó 3 patas cilíndricas deacero. Éste debe ser lo suficientemente rígido y fuerte para soportar almenos 2 veces la carga máxima en el varillón pulido.

Centrado en el tope del poste maestro está el cojinete central delbalancín. El balancín debe ser lo suficientemente fuerte para resistir laflexión causada por la carga del pozo por un lado y por el otro, la fuerzaactuante de las bielas.

La cabeza del balancín se encuentra unida al balancín por el lado delpozo y su función es soportar el varillón a través de cables y unensamble llamado barra porta varillas. El centro de curvatura de lacabeza del balancín es el centro de apoyo. De esta forma la varilla pulida(o varillón) se mueve en línea recta tangente al arco de la cabeza delbalancín.

En la otra punta del balancín están el cojinete compensador y las bielas.El movimiento rotacional de las manivelas unidas al reductor develocidad es transmitido al balancín por el compensador y por las bielas.El compensador usualmente es montado en el balancín de tal maneraque se pueda mover para compensar algunos desalineamientos surgidosen la fabricación y creación de tolerancias.

La carga en las bielas se traduce en tensión para las unidadesconvencionales, sin embargo en las de manivelas con geometría especialla carga es de compresión y alternando tensión y compresión en lasbalanceadas con aire.



Apoyos estructurales.La operación sin problemas de una Unidad de Bombeo depende deldiseño y funcionamiento apropiado de los apoyos estructurales. Algunasde las características a considerar para una apropiada selección deldiseño del apoyo son: tipo de apoyo y velocidad a desarrollar, así como ladirección y la magnitud de la carga a soportar.ReductorUn reductor de velocidad se utiliza para convertir alta velocidad-bajaenergía de torque en baja velocidad-alta energía de torque. Una relaciónde transmisión de alrededor 30:1 es usada generalmente. Esto significaque si la velocidad de entrada es de 300 a 600 rev/min, la velocidad desalida o velocidad de bombeo de la unidad será 10 a 20 golpes/min.La reducción de velocidad es llevada a cabo por un engranaje doblehelicoidal en la mayoría de los casos. Para este tipo de reducción esnecesario cuidar que los cojinetes de empuje que inherentementerequiere este sistema sean ajustados apropiadamente para aprovechar elempuje del frecuente retroceso de la carga.



Transmisión

Correas tipo V son las transmisiones que más se emplean entre el motory el reductor. Ellos son medios dependientes de transmisión demovimiento (energía) y proveen cierta cantidad de efecto deamortiguamiento. El tamaño de la polea puede ser cambiado fácilmentepara ajustar la velocidad de bombeo. El ajuste de la tensión de la mismadebe ser realizado periódicamente y se debe, además, utilizar unprotector para aislarla de elementos externos y por cuestiones deseguridad.



3 .2 El Equipamiento del fondo del pozo:El equipamiento del fondo del pozo consiste en la tubería de producción, sartade varillas y bomba de profundidad.

Tubería de producción:

La tubería de producción se cuelga de la cabeza del pozo y amenudo se ancla en el fondo del pozo

El ancla de la tubería impide a la tubería moverse de arriba abajoen el ciclo de bombeo y mejora la eficacia de la bomba por eso. Elancla también protege directamente a la tubería y minimiza la fatigade las varillas.

La tubería también debe contener el zapato de la bomba.

La bomba de profundidad se ancla arriba o debajo en función deltipo de anclaje.

El anclaje del fondo no se recomienda cuando existe arena oformación El anclaje arriba no se recomienda en los pozosprofundos debido al potencial de ruptura de la camisa del piston.

Sartas de varillas(cabillas) La sarta de varillas normalmente consiste en varillas con un

diámetro entre ½" y 1 1/8." En CUBA los tamaños comunes son 1",¾" y 7/8"

Una varilla promedio es 25' de longitud. Un" A-50" equipo de serviciopuede levantar 2 varillas de una vez y un" HYDUKE" puede levantar3 de una vez.

Un" sarta de varillas escalonada" consistirá en varillas más ligeras alfondo y varillas más pesadas a la cima dónde las tensiones sonmayores.

En los pozos dónde la parafina es un problema, las varillas puedentener los rascadores .Los rascadores están a menudo sólo en lasvaras superiores dónde aumenta la parafina al bajar la temperatura.

La ultima varilla del fondo se conecta directamente a la bomba deprofundidad

La varilla de la cima se conecta a una" varilla Pulida" que es unavarilla más pesada (1¼" o más grande) eso atraviesa la caja delseguridad o prense. La brida de la Unidad de Bombeo se conecta ala varilla pulida.



La proporción de fallas en las varillas es a menudo el factor quelimita la velocidad de la Unidad de Bombeo (los golpes por minuto -SPM).

La proporción de fallas en las varillas son peores en pozos dóndelas varillas están en compresión y descompresión con cada golpe.(fallas debido a la fatiga de metal).

La proporción de fallas de varillas puede mejorarse con el uso debarras pesadas en el fondo de la sartas de varillas. Ellos actúancomo los pesos para acelerar el descenso de la sarta para obtenerla producción máxima. Las barras pesadas son a menudo sólo lasvarillas del diámetro más grandes que pueden usarse en la tuberíacon los acoplamientos macho-hembra de las calas.

El tamañode la

tubería

Máx. el tamaño de barrapesada con los

acoplamientos macho-hembra

2 3/8"(60.3mm)

7/8"

2 7/8"(73mm)

1"

Se construyen las varas en tres calidades: el K, C y D.- El C y D son las calidades de la vara comunes.- Las varas del K y varas del C tienen la misma fuerza tension

pero la metalurgia diferente para las situaciones de corrosióndiferentes.

- El C y varas del K tienen una fuerza tensor de 90,000 psi. La bomba de ProfundidadHay dos tipos principales de bombas de profundidad: las bombas Insertadas ylas bombas de tubería o No insertadasLas bombas insertadas

Por mucho la bomba más común en CUBA.

La bomba se conecta al fondo de la sarta de varillas y se baja dentrode la tubería hasta que se asiente en el zapato( PSN). La Unidad deBombeo mueve el pistón de arriba hacia abajo dentro de la camisade la bomba.

La" válvula viajera" se mueve de arriba hacia abajo con las varillas.La" válvula fija" Se localiza dentro de la camisa de la bomba y es porconsiguiente estacionaria dentro de la tubería.



La válvula de viaje y la válvula fija son un sistema simple de asiento-bola. de alta durabilidad

Durante la subida, la válvula de viaje cierra y el peso del fluido setransfiere a las varillas y a la Unidad de Bombeo. La válvula en piese abre para permitir el paso del fluido en la camisa de la bomba.

Durante la bajada, la válvula de viaje abre y la válvula fija cierra paratransferir el peso del fluido a la tubería y el prense

Componentes generales de la bomba y el sistema de superficie y fondo

a) b)

Las bombas de tubería o no insertadas Las bombas no insertadas están separados en dos en el fondo del

pozo

La camisa se baja con la tubería y el pistón se baja con la sarta devarillas

El diámetro del pistón puede ser ahora casi el tamaño de la tubería,yla bomba es capaz de volúmenes mayores. .



Las bombas no insertadas, no son tan comunes debido que en lasreparaciones subterráneas, es necesario sacar la tubería

Máx. los tamaños del pistón:tubería La bomba insertada La bomba no

insertada2 3/8" Máx. 1.5" pistón Depende del casing

2 7/8" Máx. 1.75" pistón concamisa de pared gruesaMáx. 2" pistón concamisa de pareddelgada

Depende del casing



Bombas de profundidad insertadas ,normas API (Quinn)



Diseño de la bomba de profundidad El recorrido disponible en la bomba debe ser por lo menos 2'

más de la longitud del recorrido máximo de la Unidad deBombeo

La longitud de la camisa total (la camisa + las extensiones)menos la longitud del pistón le dará la longitud del recorridodisponible de una bomba.

- La regla de longitud del pistón es 1' de pistón para cada1000' profundidad del pozo

- La longitud del pistón proporciona la tolerancia requeridaentre la camisa y el pistón. Más longitud, mayor tolerancia.En CUBA la tolerancia mas común es >200 micrones(.008fit)

Diseñadores han determinado que un pistón de 6' de largo tiene la mismacapacidad que otro mas largo. Por consiguiente, para pozos 6000' y másprofundidad, use un pistón de 6'LAS EXTENSIONESLas bombas de pared delgadas

Los hilos de rosca son dentro de la camisa (la hembra). Laválvula fija y el anclaje de la bomba abajo dentro de la camisa.No hay necesidad por las extensiones.

Las bombas de pared gruesa

Los hilos de rosca (macho) dentro de la camisa. Las extensionesinvierten los hilos de ,la rosca a la hembra para que la válvulafija (SV) pueda anclarse abajo.

La extensión posibilita mayores recorrido dentro de la camisa.Esto significa que el pistón entra y sale de la camisa en elpedazo de la extensión.

Las extensiones son normalmente más largas en la cima que en el fondo. Use 3'(la cima) + 1'(fondo) = 4' la extensión ,a menos que hay una razón para haceralgo diferente.ANCLAJEUn anclaje arriba se usa cuando se produce mucho sedimento o arena. Unanclaje arriba impedirá a los sedimentos asentarse entre el espacio de la camisade la bomba y la tubería ,haciendo la sacada de la bomba muy dificultosaUn anclaje del fondo normalmente se usa. para los pozos profundos, porque enel recorrido hacia abajo todo el peso de la columna de fluido descansa sobre laválvula fija .Esto trasmite una carga de tensión sobre la camisa.



La referencia: el API La bomba de profundidad diseñada por Quinn

1. ¿Cual es la longitud del recorrido disponible en esta bomba?:25-150-RHBC-14-6-4

2. ¿Cual es el diámetro del pistón y el diámetro tubería para esta bomba?:20-275-THOS-15-5-0.

(¿Cómo el diámetro del pistón puede ser más grande que la sarta de latubería?)

3. ¿Qué bomba está mejor preparada para un pozo profundo? Asegúrese queusted sabe por qué.

25-175-RHAC-12-6-4 o 25-175-RHBC-12-6-4



Escriba las especificación de una bomba para un pozo de 8,500' con 2 7/8"tubería. Nosotros necesitamos un 1 ¾" el diámetro del pistón. La Unidad deBombeo tiene un recorrido máximo de 144", pero nosotros estaremos usando unrecorrido menor de 105.



PARTE 3.2: Diseño de la bomba y la sarta de varillasLa capacidad de la bomba:Después de investigar un pozo, el volumen planificado para el pozo es (enm3/día).El caudal de la bomba teórico (PD) para una 100% bomba del fondo eficaz es:

PD = Área (m2) x recorrido (m) x SPM (golpe/min) x 1440 min/dia

Desgraciadamente, no es así de simple. Desde que la sarta de varillas debeacelerar, disminuya la velocidad ,hace una parada, la dirección inversa, acelere,disminuya la velocidad, la dirección inversa, etc. muchas veces en un minuto, elestiramiento, fricción y flotación provoca que todos deben ser considerados.Las dos cosas que el diseñador de la bomba tiene el control en la superficie eslongitud del recorrido máximo y el tamaño del pistón. La longitud del golpe realse gobierna por las 3 o 4 longitudes del recorrido aceptables por la Unidad deBombeo, y el tamaño del pistón está limitado por el diámetro de la tubería.La longitud del recorrido real del de la bomba de profundidad es diferente que lalongitud de recorrido de superficie debido a las perdidas de recorrido o "overtravel"." Esto puede calcularse.El Instituto de Petróleo americano (el API) ha emitido una norma para el diseñode las sartas de varillas: el API RP11L.Entretanto, algunos cálculos aproximados pueden realizarse de la ecuaciónsimple o de los gráficos de bombeo disponible por fabricantes de la bomba.

EL EJERCICIO:1. ¿La bomba insertada con un diámetro del pistón de 1.5" y una Unidad de

Bombeo con la longitud del recorrido de 105" y una velocidad de 8 SPMproducirá aproximadamente? ¿ cuántos golpes por día de fluido? Use laecuación y el grafico para calcular?.

2. Usted tiene una tubería 2 3/8" con una 1.25" bomba insertada. La Unidadde Bombeo tiene las opciones del recorrido de 100, 86 y 73. Determineque la velocidad de los golpes por minutos para producir 100 BPD paracada longitud del recorrido.



Diseño de las sartas de varillas El plan de diseño de las sartas de varillas es basado en un solo

escalón (todas las varas el mismo diámetro) o una sarta de varillasescalonadas (las varillas de la cima más grande que las varillas delfondo).

El API ha desarrollado un grafico que ayuda determinar elporcentaje óptimo de varillas de diámetros diferentes para unasarta de varillas

El grafico es organizado con las varillas designadas en 8vos deuna pulgada. Un ½" la varilla es considerada un 4 (4/8") y una 7/8"vara es considerada un 7.

El primer número es la varilla más grande en la sarta y el segundonúmero es la varilla más pequeña en la sarta. Una sarta de varillasescalonadas no saltará los diámetros: esto significa que un 7/8" a5/8" también incluirá las varillas. de ¾"

Una sarta de varillas de un escalón como todas de diámetro ¾", sellama un" 66"

Eltamaño

Elnúmero

1 1/4" 10

1 1/8" 9

1" 8

7/8" 7¾" 65/8" 5½" 4

Varas 1" y mayor no son comunes .pero en CUBA lo sonEl EJERCICIO: (refiérase a RP11L guía)¿Cuál es el número óptimo de cada varilla para un 2800' en una sarta de #65varillas con un 1¾" de pistón? Las varillas son de25' de longitud

¿Cuál es el número óptimo de cada varilla para un 8,000' la sarta de varillas de#75 varas con un 1-1/4" del piston?



3.3 La Reducción de velocidad y tamaño de las poleas de laUnidad de Bombeo

Cambiando los tamaños de los engranajes del reductor y /o eltamaño de las poleas de la Unidad de Bombeo, puede ser masrápido o lentamente los golpes por minuto de un ciclo.

Hay límites a la velocidad lenta disponible, en los reductores yalgunos están diseñados para reducir la velocidad de un flujo bajo,como en los petróleo pesado.

Con los reductores, SPM de menos de 1 es posible. Algunos Gatosen el área de Lloydminster son difíciles de ver el movimiento sinmirar durante algún tiempo.

Los cálculos del libro de texto están disponibles determinar lavelocidad del máximo para una Unidad de Bombeo, pero ellostienden a sobrestimar la capacidad del sistema. Una Unidad deBombeo típica girará a aproximadamente entre 8-12 SPM. En Cubase utiliza frecuentemente de 5-8 SPM.

Si es más grande la longitud del recorrido, el más lento la Unidad deBombeo (SPM).

EL EJERCICIO:¿Qué Unidad de Bombeo estarán operando a una velocidad superior dada lasdos configuraciones de las poleas?

Gearbox

Driver GearboxDriver

La ecuación de las poleas:Los golpes por minuto:

Dd

RRPMSPM

(R es la relación del reductor, d es la polea del motor, y D es la polea delreductor)



Escoja la Unidad de Bombeo.Todas las unidades de bombeo se diseñan por una norma API como:

C – 228D – 200 – 74b). La primera letra representa el tipo de Unidad de Bombeo

b) El segundo termino es la Torsión Máxima en el reductor, en milesde pulgada por libras. El D representa " la Reducción Doble.

– En el ejemplo, la caja de engranajes se tasa para 228,000pulgada-libra máximos de torsión.

c). El tercer termino es el peso máximo de la varilla pulida. Este pesoestá en los centenares de libras.

– En el ejemplo, la Unidad de Bombeo se tasa para 20,000lbs del peso en la varilla pulida.

d). El último termino es para la longitud del recorrido máximodisponible en esta Unidad de Bombeo en pulgadas.

En este ejemplo, la Unidad de Bombeo es capaz de 74"de recorrido de superficie máxima. Este Gato tambiéntiene otras dos posiciones disponible: 64" y 54." Estainformación está disponible de la hoja de la especificaciónpara el Gato.

A - contrabalanceado por aireB - contrabalanceado en la vigaC - convencionalM - Mark II un momento de torsión



PARTE 3.4: SISTEMA DE DISEÑO DE BOMBEOUsando el API RP11L las guías para diseñar las varillas y las bombas.Una tubería de 2 7/8" se ancla a 6040'. El punzado esta a 6000’. Las pruebas deformación del pozo podría ser capaz de 75 bbls/d con 40% BSW. El petróleotiene un API de 35.Una bomba profundidad con un diámetro del pistón de 1.25" con la tubería deun #65 sarta de varillas y ancló en el zapato (PSN).Determine el numero de golpe y el recorrido de la bomba empezando loscálculos con un numero de golpe / minutos de 6 a 8.Determine la Unidad de Bombeo, las sarta de varillas y la bomba.

Este gráfico puede usarse pordeterminar densidad de fluido en latubería si el agua tiene un SG de1.15 5

Si el agua tiene una densidaddiferente, simplemente calcule unpromedio compensado del corte deagua.

)()( waterwateroiloilfluid SGfracSGfracSG



Inserte RP 11L guía y hartura en la hoja de cálculo de los espacios enblanco,Todos trazan y deben ponerse los gráficos en un apéndice a la parte deatrás de la sección.



BOMBAS DE PROFUNDIDAD

TABLAS Y GRAFICOS

API-RP11L GUÍA



3.5 Investigaciones en los Pozos con Bomba de Varilla

Los métodos de investigación hidrodinámicas generalmente más utilizadosdurante el proceso de extracción de pozos en explotación son los mencionadosa continuación. Dentro de estos métodos hay algunos que se utilizan para lainvestigación en pozos surgentes y otros para pozos en bombeo mecánico.

1-Medición de la presión de capa2-Presión de fondo del pozo3-Toma de muestra de agua y petróleo4-La determinación de la producción5-Medición del nivel dinámico6-Dinamografía7-Temperatura de la capa8-Las presiones de superficie9-Curvas de recuperación de nivel10-Mediciones de la relación gas petróleo

En el caso de la investigación correspondiente fue necesario recurrir al métodode la Dinamografía.

La Dinamografía puede realizarse por un equipo netamente mecánico, como esel Dinamógrafo Mecánico o con un complemento digital, en este caso se llamaDycomaster, que permite, además de obtener la misma información que brindael Dinamógrafo, procesarla y entregar informes impresos, entre otras funciones.

3.1 Generalidades del equipo empleado para la investigación

El equipo empleado en este caso fue el Dycomaster Leutert (ver figura 3.1), elcual se compone de un Dinamógrafo Mecánico acoplable al resto de losdispositivos computarizados.

Figura 3.1 Operario trabajando con el Dycomaster (C2)



3.5.1 Dinamógrafo Mecánico

Un Dimamógrafo (ver figura 3.2) es un equipo que registra las cargas quesoportan el vástago pulido (varillón) durante el ciclo de bombeo y lainterpretación del gráfico que se obtiene de estas mediciones de carga se utilizapara determinar (4):

El estado de las bombasDislocaciones en émbolos y válvulas.Sartas de cabillas fracturadasSalideros en tuberíasAcumulación de parafinaCambios en el nivel del fluidoAjuste en el prensa-estopa o caja de estopaElección correcta del tamaño de los golpes de bombeo

Elección correcta de la profundidad a la que se pone la bomba y del tamañodel émboloNúmero de golpes de bombeo por minutosEfecto de los golpes de gas en la producción

Figura 3.2: Dinamógrafo mecánico (C2)

Entre las ventajas de la utilización del Dinamógrafo se pueden mencionar:

Reducción de los costos de la producciónReducción de las perdidas en la producciónPrevención de fallas en la bomba (dentro del pozo) y en la unidad de bombeoIncremento de la producciónMejora del diseño de la bomba y su aplicación



Las mediciones de un dinamógrafo en un pozo se realizan en condiciones tantodinámicas como estáticas. Bajo condiciones dinámicas, las cargas songrabadas continuamente como función del desplazamiento de la varilla pulida.El resultado genera una curva llamada Dinamografía. Por otra parte encondiciones estáticas las mediciones se basan en determinar:

Las cargas durante el golpe de subida, TVLas cargas durante el golpe de bajada, SVLas cargas debido al contrabalanceo, CBE

En condiciones dinámicas, el proceso para obtener la Dinamografía, se realizaen un tiempo relativamente corto. Es una operación simple para la cual no esnecesario que la bomba pare de trabajar y no interfiere en las condiciones de laformación

Dinamografía (carta dinamométrica ) (4)La dinamografía es una gráfica continua que registra las fuerzasresultantes que actúan sobre el varillón pulido, contra la posición dedicho varillón.

El análisis de la Dinamografía y las cargas estáticas grabadas puede serutilizado para analizar:

Comportamiento de la unidad de bombeoComportamiento de la sarta de tuberíaComportamiento de la bomba dentro del pozo

Esta investigación está enfocada hacia el trabajo con la opción “comportamientode la unidad de bombeo”, es por eso que se debe tener en cuenta que dichoanálisis se realiza para determinar:

Cargas estructurales: Son determinadas tanto midiéndolas o calculando lacarga máxima de la cabilla pulida.(PPRL*).Torque en el reductor o caja de engranajeConsumo de energíaEficiencia de la unidad de bombeo

*Peack Polished Rod Load

3.5.2 El Dycomaster

El Dycomaster (ver figura 3.3) no es más que un equipo computarizado portátil,alimentado mediante un convertidor de la batería del vehículo en que setransporte que trabaja unido al Dinamógrafo Leutert, donde se procesa medianteun programa toda la información obtenida mediante el Dinamógrafo, que a



través de convertidores se transforman las señales mecánicas y eléctricas endigitales y además se realizan la interpretación de los mismos.

Figura 3.3: Equipo Dycomaster completo (C2).

Para la realización del trabajo con el Dycomaster se utilizan los siguientesdispositivos:

Computadora Dycomaster (ver figura 3.4)Impresora (ver figura 3.5)Dinamógrafo Leutert mecánicoConvertidor de corriente de 12v a 220vConvertidor de señales mecánicas en digitalesConvertidor de señales eléctricas en digitalesConexiones para interconectar los equipos que intervienen en el trabajo.

Figura 3.4: Computadora Dycomaster (C2)



Figura 3.5: Impresora del Dycomaster3.6 Interpretación de la investigación con el DycomasterEsta interpretación se realiza mediante un programa instalado en la unidadcentral de adquisición de datos del Dycomaster especializado en el trabajo depozos de bombeo mecánico. Todas las funciones del programa se relacionan acontinuación.Nomenclatura utilizada en el programa (16)

SPM : Número de golpes por minutos (spm)CBE Punto donde se mide el efecto de contrabalanceo del pozo (lbf)TV : Punto donde se comprueba la válvula viajera (lbf)SV Punto donde se comprueba la válvula estacionaria (lbf)E-MD Módulo de Young, constante para el aceroGrav : Peso específico del aceroDeaup: Factor debido a la naturaleza del petróleo y la desviación de los

pozosMáxTWN

Momento de torsión máximo producido por el peso del varillón (pulg-lb)

Mín TWN Momento de torsión mínimo producido por el peso del varillón (pulg-lb)

Mín TR: Momento de torsión mínimo producido por los contrapesos (pulg-lb)

Máx TN: Momento de torsión neto máximo (pulg-lb)Mín TN: Momento de torsión neto mínimo



Este programa tiene su presentación en páginas, por lo que para explicar comose utiliza se va seguir esta misma secuencia.

Página 1 Nueva dinamografía

La dinamografía normal corresponde al diagrama de peso vs recorrido. Seinterpreta igual a la dinamografía convencional (la que se obtiene con eldinamógrafo mecánico) pero ofrece además la siguiente información:

Peso máximoPeso mínimoRecorrido del pistón en el fondo del pozoRecorrido en función del tiempoPosición y hermeticidad de la válvula estacionariaPosición y hermeticidad de la válvula viajeraEfecto de contrabalanceo

De acuerdo a esta información se obtiene como trabaja la bomba y el pozo engeneral. Para conocer el trabajo del motor eléctrico se mide:

La corriente máximaLa corriente mínima.

Página 2 Gráfico de Recorrido vs Tiempo.

El gráfico de recorrido contra tiempo se utiliza para conocer el trabajo del pistónen el cilindro de la bomba, que detalla todo el recorrido del mismo en un ciclo debombeo. Si el trabajo es normal se obtiene una función sinusoidal. Si el pistón setraba, se altera la simetría de la misma.

Funcionamiento de las válvulas

Página 3 Gráfico de Peso vs Tiempo.

El gráfico de peso contra tiempo se utiliza para evaluar el trabajo de las válvulasen un ciclo de bombeo. Si es normal se observa que cuando cierran y abren lasválvulas se mantiene el peso constante. Las pérdidas de peso indican un posiblemal funcionamiento de las mismas.



Página 4 Gráfico de Peso vs Tiempo

Este diagrama indica si la válvula de admisión está hermética o no. Si la válvulano está hermética el peso se incrementa.

Página 5 Gráfico de Peso vs Tiempo

Si la válvula viajera está hermética el peso es constante, si no decrece.

Páginas 6, 7, 8, 9, 10, 11 Resultados

Los resultados de los datos medidos en un ciclo de bombeo pueden ser listadoso salvados para ser utilizados nuevamente.

Pagina 12 Cálculo en las condiciones del fondo del pozo.

Para la interpretación de los resultados, en las condiciones existentes del pozo,se requiere una serie de datos como son: características del pozo, naturalezadel fluido, desviación, composición del equipamiento del pozo, longitud ydiámetro de las cabillas, diámetro de la bomba y profundidad de anclaje. Conestos datos se realizan los siguientes cálculos:

Llenado de la bombaRecorrido neto del pistón en el fondo del pozoPérdidas de energía en un ciclo de bombeo.

La importancia de estos últimos datos y cálculos radica en poder analizar elfuncionamiento de la bomba, evitando cometer errores debido a los altosnúmeros de golpes, además analizando las condiciones del pozo se evitan lasimprecisiones de interpretación provocadas por la frecuencia del estiramiento oencogimiento de las cabillas de bombeo.

Página 13 Cálculo del torque (Momento)

El diagrama del momento de torsión es mostrado en tres ocasiones durante unciclo de bombeo de 360º



Curva 1: Momento de torsión producido por el peso en la varilla pulida

Curva 2 Momento de torsión producido por los contrapesos y la construcciónde la instalación de superficie.

Curva 3: Momento neto del reductor, resultante de la suma de los anteriores.

Estos cálculos nos indican en que condiciones de carga está trabajando launidad y si es necesario contrabalancear o hacer cambios para optimizar lacapacidad instalada en el reductor.

Procedimiento para la operación con Dycomaster. Secuencia deoperaciones. (16)

1. Se coloca el vehículo en el cual se transporta el Dycomaster a una distanciaque no exceda los 10 m de la instalación de superficie del pozo.

2. El operador instala el Dinamógrafo Leutert con su convertidor de señales enel mecanismo de fijación. (ver figura 3.1)

3. Se realiza el acondicionamiento de todos los sistemas para comenzar lamedición procediendo a conectar todos los equipos.

4. Visualización en la pantalla del menú principal5. Se registra la información y se procede a obtener los resultados6. Se desconecta todo el sistema y se retira el dinamógrafo

3.7 Interpretación de la Dinamografía teórica

Para utilizar las dinamografías e interpretar las situaciones en las que seencuentra la bomba y las varillas, es necesario que exista un punto dereferencia. Esta es la dinamografía teórica correspondiente a un funcionamientoperfecto de la bomba de profundidad.

Esta dinamo grafía teórica corresponde a un pozo trabajando con un número degolpes pequeños (n = 5.6 gol/min.), para que el efecto de la fuerzas de inerciase pueda despreciar, el rendimiento volumétrico de fondo sea de 100% y que noexista fricción apreciable en la bomba. Esta Dinamografía teórica estárepresentado en la gráfica 3.1 para el paralelogramo ABCD.



Gráfica 3.1 (9)

(3)Acerca de la dinamografía teórica se debe conocer primeramente que se partede un diagrama ideal, como se puede ver a continuación, para el cual elbombeo tiene una eficiencia del 100%.



Donde:

A: Comienza la carrera ascendente. La válvula viajera se cierra y la carga sobrelas cabillas aumenta instantáneamente de A a B, por la carga tomada del fluido.

B-C: La carga sobre las cabillas es constante. Se desplaza el pistón haciaarriba, con la válvula viajera cerrada.

C: Es el punto alto y final de la carrera de ascenso donde la válvula viajera seabre, la válvula fija se cierra y la carga del fluido se transfiere a la tuberíacausando que la carga sobre las cabillas baje instantáneamente del punto C alD.

D-A: El pistón desciende con la válvula viajera abierta sin representarle cargadel fluido en la varilla.

Cuando se tiene en cuenta el efecto del estiramiento de la cabilla y elencogimiento de la sarta, queda el siguiente diagrama:

La línea ab representa en la escala del esfuerzo de la dinamografía el peso delas varillas en el líquido (peso de las varillas en el aire, menos el peso cdcorrespondiente al efecto de flotación). La diferencia entre los pesoscorrespondiente línea ab y AD (fuerza mínima en la dinamografía) representa lafuerza debido al efecto de fricción en el recorrido descendente.

La línea BC representa el peso máximo en el varillón durante el recorridoascendente. Éste sobrepasa al peso de las varillas en el líquido más el peso dellíquido sobre el pistón, con la cantidad ef correspondiente a la fricción en elrecorrido ascendente



El peso del varillón en el recorrido ascendente que empieza en A creceprogresivamente hasta B debido a que antes que el pistón se ponga enmovimiento, las varillas y la tubería de extracción se estiran bajo la influencia delpeso del líquido. La longitud fB representa este estiramiento incluyendo lainfluencia de la fricción Aa y ef. El pistón empieza el movimiento en B. Elfenómeno ocurre en sentido inverso en el recorrido descendente, Dg representala contracción de las varillas y tubería cuando desaparece el peso.

Es decir fC representa el recorrido del varillón y el recorrido del pistón es igualcon BC.

En la realidad es dificil encontrar un dinamograma que se acerque lo suficientea este teórico. Hay un período momentáneo sin movimiento de la varilla pulida.

Además, la varilla pulida se mueve alguna distancia en la carrera descendenteantes de que se abra la válvula viajera y alguna distancia en la carreraascendente antes que se cierre.

Cuando el número de golpes es mayor de 5 gol/min empieza a aparecer lainfluencia de los fenómenos de inercia provocando que se deforme la dinamografía teórica y su rotación. En la gráfica 3.2 se representa un dínamograma de8 a 9 gol / minGráfica 3.2

Incluyendo todas las otras influencias como por ejemplo: la vibración, efectosdinámicos, la fricción y acción de la bomba, la carta apareceríaaproximadamente como en las figuras 3.3 y 3.4.

g

P

S

A

B

C

D



Gráfica 3.3

Gráfico 3.4

El punto A representa el final de la carrera descendente y el inicio de la carreraascendente para el vástago pulido.

Al cerrar la válvula viajera, el vástago pulido empieza a cargar el fluido, estorepresenta el aumento en carga desde A a B.

El descenso momentáneo en la carga del vástago pulido desde B a C es elresultado del alargamiento elástico de las varillas que asciende cuando lasvarillas toman la carga del fluido.

A medida que las varillas se muevan hacia arriba con aproximadamentemovimiento armónico simple, la carga de aceleración aumenta hasta quealcanza un máximo al punto D, teóricamente cerca de la mitad de la carreraascendente.

Desde el punto D al punto E la carga de aceleración disminuye a medida que lavelocidad de las varillas disminuye a 0. El punto E representa el final de lacarrera ascendente y la iniciación de la carrera descendente.

A

BC D

EFG

B

A

CD

E

FG

Peso devarillas



Pozo con mucha producción de gas

Si un pozo esta bombeando una mezcla de petróleo y gas, el diagrama muestrauna curva de compresión de gas en la carrera descendente.

Esto se debe a que la válvula viajera no abre hasta que la presión en el fluidoque esta comprimido es lo suficiente para sobre vencer el peso de la columnahidrostática en la tubería de producción (ver gráfica 3.5).

Gráfica 3.5

Gráfico 3.6

Gráfico 3.7

En la gráfica 3.6 la bomba está manejando un volumen considerable de gas y lagráfica 3.7 es obtenida después de:

Haber disminuido el diámetro de la bomba para obtener una mejoreficiencia volumétrica y mantener el máximo esfuerzo del vástago pulido tanbajo como sea posible.

Haber bajado la válvula estacionaria para sobre vencer las condicionesgasíferas de la bomba. Como consecuencia de estos dos pozos en eldiagrama B se pierde menos carrera por compresión que en el diagrama A.

Peso de las varillasA

0

Peso de lasvarillas

B

0

Peso de varillas

Velocidad normal

Lenta



Pozos que bombean crudo viscoso

En un pozo que produzca petróleo viscoso se obtiene un diagrama como elsiguiente.

Gráfico 3.8

Se puede observar que el esfuerzo en la carrera ascendente esproporcionalmente mayor que el peso estático de la varilla.

En la carrera descendente las varillas están soportadas y la tensión del vástagopulido es nula. Hay excesiva amortiguación.

Determinación del Momento Óptimo en el Reductor de los Pozos

Uno de los más importantes empleos de la Dinamografía es en la determinacióndel momento en el reductor de la unidad de bombeo en función del ángulo derotación de la manivela. Esto permite comprobar la carga a la que está sometidoel reductor, previniendo que se sobrecargue y a su vez que se desgasterápidamente. Además, permite balancear el gato correctamente con el fin deutilizar racionalmente la energía del motor. Lo hace más importante aún el hechode que el reductor representa el 40-60% de los gastos de la unidad de bombeo.

El método utilizado para medir torque neto ha sido estandarizado por API (11)(parte de la norma se adiciona en los anexos C y D) y se requiere para sucálculo de los siguientes datos:

Gráfico de la dinamografíaGeometría de la unidad de bombeoSentido de rotación de la manivelaEl efecto del contrabalanceo medido a 270º o 90º

Peso devarillas 0



3.6 Requerimientos para el cálculo del torque neto según API.(11)

La metodología sugerida por API sirvió de orientación para la ejecución de unprocedimiento propio para determinar el momento óptimo en el reductor de lospozos investigados.

3.6.1 Gráfico de la Dinamografía

Partiendo de la opción de la Página 1 que brinda el Dycomaster, se obtiene eltrazado de la dinamografía normal, que corresponde al diagrama de carga vsrecorrido de la unidad para un ciclo de bombeo.

Este diagrama fue necesario para determinar el valor de carga a la que estásometido el varillón, correspondiente a la posición angular de la manivela cada300.

Una vez conocido los valores de peso máximo, peso mínimo y recorrido delpistón en el fondo del pozo, los cuales aparecen directamente en la pantalla yhoja impresa, se procedió a determinar el resto de los valores de carga a travésde un simple cálculo de proporcionalidad.

EL EJERCICIO:Continúe el RP 11L cálculos para las cargas y contrapeso etc.



EL EJERCICIO:Una dinamografia se efectua en un pozo con problema. El MPRL real sedetermina en 13,000 libras. El PPRL es 22,500 lbs. La sarta de varillas es de ¾"de acero D. ¿Cuál es el problema y cual es la solución?

pozos bombeo mecanico convencional

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