Post on 18-Jul-2015
SDPERIO
LITECNICA D E L L I T O R A L - .
Facultad de Ingeniera Mechica
ANALISIS Y DISEnO DE BOMBAS MECANICAS PARA LA EXTRACCION DE CRUDOS PESADOS*
DE GRADO evia. a la ,obtencin del Ttulo de GENIERO MECANICOPresentado por:
IS
Eddy &aa DvilaGuayaquil - Ecuador 1991
A G R A D E C I M I E N T O
A l
Inq. Eduardo de
RivadeneiraTesis. por para
P su
Director ayudaY
colaboracih de este
la
realizacirh
trabajo.
A do
la
gentileza
del
Ing
Ricar-
Gallegos. Decano de lade
FaTieper-
cultadrra,
Ciencias
de
la
por
la
colaboracinen
severante
la
realizacih
de este trabajo.
DEDICATORIh
Con todo cario a mis Padres: Sr. Sra. V c t o r Camr3aa A m o r e s Judith o
Dvilan
Vallejo
Quienes c
abneqacibn Y de-
snter& h a h e c h o
oosible etaDa.
la
culminacibn
de
esta
1 NG . ! D I R E C T O R \ $E T E S I S D E INGENIERI MECAN 1 CA
ING. MARIO
PATIKO
A.
b---QING. FRANCI S C 0 A N D R A D E MI EIIBRO DEL TA I BUNAL
M 1 EIYBRO DEL 3-R 1!3Ui\1AL
DECLARACION
E%PRESA
L a resoonsabilidad p o r l o s h e c h o s . i d e a s doctrinas. exouestos rresoonden en esta Tesis.Y
Y
m e co-
exclusivamente:
.
el
oatrimonio
intelectual de la misma. a la ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
IReqlamento d e nales de
ExAmenes y
Ttulos
Profesio-
la ESPOL)
EDDY CFIMPAF;A DA;/ 1 LI?
Este
material de
oresenta
los
fundamentos de
bAsicos
Y e l
d e s a de Eom-
rrollobeo
alqunas T c n i c a s
AnAlisis d e
Sistemas
MecAnico.
Se
inicia
con
la
descriocibn d e sus
los
Sistemas c o n t i e n e
de
Bombeo
lie-
tnico a n a l i z a n d o
comoonentes andlisis d e l
aaemds a5iY
l o s ar-
qumerttos maternAticos d e exolicaciones d e ciones m
s i s t e m a . camoo
como las
mirl tioles oroblemas d e
5~1s soiu-
El
uso
del
dinammetro buen de
se
considera del
indisoensabie y-a aue.
Dara eiios e x -
controlcesivos
del
mantenimiento extraccin se
eauioo oor
costos
deben
o a e n e r a l f a -
llasCon se
mecAnicas.
una
buena
interoretacic5n
de
las
cartas
dinamom&tricac a fin de co~rt
ouede
e.fectuar l a s bombeo mds
correcciones e f i c i e n t eY Y
necesarias
seguir u n con
econtmico. S e
f i n a i i z a con y sis
tPcnicas d e
diseo de
e,valuacicjn d e o
instalaciones. l o s e a u i o o s
el
objetivo
final
ootimizar
mejorar
t e m a s b a j o b o m b e o mecAnico.
L a
proaramacin Y e
jecucibn. diseoY
incluyen
todas
ias e l
normas r e a
Y
mtodos de
anAlisis.
diaansticos e n
d e
b o m b e o mecanice.
PAG.
RESUHEN .............................................INDICE GENERAL
VI
VII. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
INDICE
DE FIGURAS
INDICE DE TARLhS INTRODUCCION
................................. .-XV 1
................................... ..xq.II 1
C0P
1 TUL0
1
EOUIPOS
DE SUPERFICIE
1.1. Consideraciones Generales . . . . . . . . . . . . . . . ..lg 1.2. Sistema de Bombeo Mecdnico . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.1. Descriocih de elementos de unSistemade Bombeo Mecnico . . . . . . . . .
20
1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.1.31.2.1.4
Unidades de Romheo Motor
............... 20
............................DOZO . . . . . . . . . . . . . . . . .
22 22 22
Cabezal del Cabillas
.........................
1.2.1.5 1.2.l.h t-2.1.71.2.1.8
Tubera de Prod\lcciW Bomba de Subsuelo
............ 23
................
23 23 24
Ancla de Tubera ................. fincla de Gas .....................
VJIT
PAG.
1.3.
Unidades de Bombeo MecAnico . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1 -3.1. IInidades d e Rombeo Mecdnico R P I -.-.. 28
1.3.1.1 1 -3.1.2 1 -3.1.3
U n i d a d e s C o n v e n c i o n a l e s . . . . 28 Unidades Mark. II . . . . . . . . . . . 30 U n i d a d e s B a l a n c e a d a s . . . . . . . 32 oor a i r e
1.3.2. 1.3.3. 1.3.4.
HidrAulicas Rotativa Otra5
...I.................... 32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3437
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.5.
Designacines d e l a s u n i d a d e s d e bombeo . . . . . . ..-.........._........ 38
CAPITULO
II
EOU 1 POS DE SURSUEL~C1 2.1. Bombas de Subsuelo . . . . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 -1. I 2.1.2. 2.1.3. Funcic!m d e l a Vdlvula V i a j e r a . . . . . . Funcih de la VAlvula Fija . . . . . . . . . Secuencia de Ooeraci.n e n t r e VA1 41.
42 1-2
vulas . . . . ..I.................-..... 4.2 2 . 1. -4 . Clasifi.cacirk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
IX
PAG. 2.1.4.1 2.1.4.2 2 * 1. -4 -7 B o m b a s API d e C a b i l l a s . . . . Bombas API de Tuberia . . . . . Romtra 2.
4548
5.1-S.
. . . . . . . . . . . . . .
50
l.fi.7. 1. Tioorj d e Bomba S.I.S. . . .
51
2 . 1 . . 5.
I?ec: iunaci.hn API ?i S. 1 .S. Dar-a Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51 54 55 56 6467
2.1.5.1 2 -1. .5.2
Designacihn
API
. . . . . . . . . . .
Designacibn S . I . S .
. . . . . . . .
2.2. 2.3.
Ancla de Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sarta de Cabillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.
Embolada
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.1
Elongaci6n d e l a S a r t ade Cabillas . . . . . . . . . . . . . . .
68
2.3.1.2
Elongacin de la Sartade Tuberas . . . . . . . . . . . . . . .
69 70
2.3.1.3
Sobreviajes . . . . . . . . . . . . . . . M t o d o s oara c a l c u l a r l a embolada efectiva . . . . . . . . .
2.3.1.4.
7171
._.7ti. 1.4.1 7 7 .:3 . 1 . 4 . 2
Il&todo
Cober-lv
. . . . . . . . . . .
1,letodo Ri.enietsIl&todo LangerY
73
2.3.1.4.3
L amberger . . . . . . . . . . . 7 -3.1.4.4 I*lt.odn API . . . . . . . . . .
77
78
X
2.3.2. Diseo
de
Sarta de de
Cabillas ......... . . . . . . . . . . . . .
80
2.3.3. Rndlisis2.3.4. Cargas en 2.3.4.1
Esfuerzos Barra
8690 91 94
la
Pulida .......... ..............
MPtodo
I"lillsde
2.3.4.2 2 .3.4.3
Mtodo
Slonnoer ........Y
M t o d o d e Langer Lamberaer
. . . . . . . . . . . . . . . . .
94
2.3.4.4
Mtodo
API ................
95
2.4. CAlculo de Equino de Sunerficie . . . . . . . . . . . 96 2.4.1 2.4.2 Contrabalance Potencia 2.4.2.1 2.4.2.2 2.4.3 del ......................motor . . . . . . . . . . . . . . . .
97
.lOl
P0tenci.a P r o m e d i o Potencia Mxima
. . . . . . . . . 102
. . . . . . . . . .
.102
Ranoo de Unidades API
............ ..lO 3
CRP 1 TUL0
III
DI NRMOMETROS Y 01 NAGR/VWIS 3.1. Clases de Dinambmetros . . . . . . . . . . . . . . . . . ...107 3.2. Interpretacibn de Cartas Dinamom&tricas . . AO9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..llT
3.3. Carta DinaqrAfica
3.3.1 3.3.2
Ciclo de Bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . ...114Caroas en una Carta
Dinaorfica
.
...117
XI
PAG. 3.4. .I ., . s . 3.6. E f e c t o d e Contrabalanre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l-113 1.18
P o t e n c i a Pr> l a B a r - r - a P u l i d a
Torque en la Caja de Engranaje
119120
3.6.1.3.6.2
Il&todo d e l Mtodo de motor
Factor la
de
Toroue . . . . . . . . del
Corriente
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127 127
3.7. 3.8.
Factores que influyen en una carta C a r t a DinagrAfica d e P r o b l e m a s T picos 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.4 3.8.5 3.8.6 3.8.7 3.8.8 3.8.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bombeo Normal Bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
129129 130
Desasentada
Bomba Bloqueada por gas Cabillas sueltas o
130131
Partidas
Golpe de Fluido
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131 132 132 132 133
Compresin de Gas Bomba Arenada Fuga d e la
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viajera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . final
Vlvula
VA1vula Fi.ia D a a d a del Pisttrn a l
3.R.10 G o l p e
del ascenso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8.3.1 B o m b a d e D o b l e E t a p a 3.8.12 P o z o A g i t a d o 3.8.13 P o z o Fluyendo . . . . . . . . . . . . . . .
134
134 135 135
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XIIPAG.
WiPITULO I
V
D 1 SEO DE BOMBEO MECF\N 1 CO 4.1. 4.2. 4.3. Metodo M a r s h . M&todo Coberlv y osociados . . . . . . . . .
151
API
Mtodo de
1.t~ ....................... 176 B o m b e o L.ufkin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203RP
C O N C L U S I O N E S Y RECOMENDKIONES
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
222 225
SIMBOLOGIAREFERENCInS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
230
INDICE
DE
FIGUROS
No.
PAG.
1.1. 1.2.
Sistema de Bombeo Mecnico . . . . . . . . . . . . . . . . Unidad de Bombeo de Contrabalance
. 21
en
las
Manivelas 1.3.
................................. en el
29
Unidad de Bombeo de Contrabalance
Balancn 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. Unidad Unidad
................................... ................. por Aire ......
2931 '3'335
de Bombeo Unitoroue de Bombeo balanceadfa de B o m b e o
U n i d a d Hi.drulica
. . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema
de
bombeo
rotativo
................. v&lvulas . -
56 /1-J49
Secuencia de ooeracicfr-1 Rombas d e s u b s u e l o
entre las
c o n nomentatura NI
. . . . .
Bombas Ancla Ancla
Shell de de qas oas
Interim "Tipo
Stabdard
............. 52
Copas"
.................. 58 5960
"Poorman" ...................... T i p o emoacadura . . . . . . . . . . . . .
Flncla de gas Ancla Ancla de de
gas "Tipo
natural"
................. . . . . . . . . . . . .
6162
qas "Tipo mu1 ticopas delfactor de
Obtencibn
maonificiencia
..... 75
Obtencir5n d e l
dnqulo d e f a s e de cabillas
. . . . . . . . . . . . . . .
76
S a r t a telescbpica
.............. 03 .......... 87 ........... 89
Diagrama Obtencibn
d e G o o d m a n Dar-a cabillas de esfuerzos
"ejemplo"
XIV
No
PFIG.
2.14. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.
F a c t o r d e aceleracih Carta
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
DinaarAfica i d e a l
.................. ..llO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..112
C i c l o d e b o m b e o tpico
C i c l o d e b o m b e o mecAnico . . . . . . . . . . . . . . . . . ..115 Anlisis torsional (Mtodo API) . . . . . . . . . . . 122
Unidad de bombeo convencional 3.5. hAlisis T o r s i o n a l (MPtodo API)
U n i d a d d e b o m b e o halanceada p o r aire 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11.
.................................. ..12 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..13 6 . . . ..13 7
Bomba Desasentada
Despu&s d e a s e n t a r Y e s p a c i a r l a b o m b a B o m b a blooueada p o r oas Despues d e instalar
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1% de qas . . . . . . . . . . . 139 . . . . . . . 140
ancla
C a r t a DiwaorAfica Cabil l a s Suel t a s C a r t a Dinaat-f ica Fluido Mas t r-ando oo 1 de de
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 1 . . . . . .
3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16.
C a r t a DinaqrAfica Compresir5n d e G a s
142
C a r t a DinaorAf ica M o s t r a n d o B o m b a A r e n a d a .' . 143 Fuqa d e Vdlvula v i a j e r a / Pistch . . . . . . . . . . . daada carrera
14 *
C a r t a DinaqrAf ica VAlvula f i j a Golpe de Bomba ascendente Al final de la
. . . . 145
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
146
3.17. 3.18. 3.19.
Bomba de doble etapa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
P o z o d e B o m b e o FloitacicSn
P o z o Fluver>do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 9
xvNo PFIG.
4.1.
Seleccin
de
la
Unidad
C~F
Bombeo
Y
lonaitctd
de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
153
4.2.
DeterminaciCln
de velocidades
sincrrhicas
y165
hsincrbnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.
Cartas
DinaqrAficas
de
Suoerficie
Y
de
fondo
(ParAmetros con nomenclatura API) . . . . . . . . . .
170
4.4.
Clbtencic5n d e l
factor
de
carrera
del
PistckEJ2
SP/S . . . . ..I.................................
4.5.
ObtenciCln
del
factor
de
carqa mdxima
en
el
vdstaqo Dulido Fl/SKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..l95 4.6. Obtencih delfactor de carga mnima en el
vAstaqo pulido FZ/SKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 2 4.7. 4.8.Factor de tot-que mximo Obtencin ZT/S Kr . . . . . . . . . . . . . l97 en el
del
f a c t o r d e potencia (FJ/SKR)
v6stago 4.9.
pulido
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
T a f a c t o r d e a j u s t e d e torque mAximo p a r a
valores de blRF/SKR diferentes a 0.3 . . . . . . . . 4.10.Correccicrrl del rango de carga . . . . . . . . . . . . . .
199202
No
1 ND 1 CE
DE
TABLAS
PAG.
2-1 2-2
EsDecificaciones tpicas d e C o n t r a b a l a n c e . . Esoecif i caciones d e d i s e o mara U n i d a d e s
100
&PI 4-1
........................................oara l a
105
Especificaciones
Unidad
de
Bombeo
halanceada en las Hanivela . . . . . . . ..-...... 4-2 4-3Datos de Contrabalance en las
154 150
Manivelas Unidad de
.
.
.
.
Esnecificaciones
oara
la
Bombeo
balanceada oor la Vioa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4 Datos de diseso oara unidades API . . . . . . . . . .Datos de Tubera de Produccin Datos de Pistones . . . . . . . . . . . . .
162 164. 166 167 169
4-5 4-6 4-7 4-8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Datos
de
Varillas
.......................... Telescbpicade
Datos p a r a D i s e o d e S a r t a
varilla5 4-9
...................................
170
Lmites de tolerancia recomendado para
rillas de bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10 4-11 4-12 Datos de varillas de bombeo . . . . . . . . . . . . . . . .Datos de tltbera de oroduccick . . . . . . . . . . . . .
174 105 190
Datos
de
Clarqa
del
fluido
y
constante del
de
la
bomba con resoecto al (Metodo L-c1fkj.n)
diAmetro
pistfin
. . -. . . . . . -. . . . . . . . . -. . . . . . . .
211 212
4-13
Datos
de
varillas
y
bombas
(M&todo
Lcrfkin)..
XVI Y
4-14 4-15
S p F a c t o r d e d e s p l a z a m i e n t o d e l nistbn . . . . . F F a c t o r d e m4xima c a r q a e n l a b a r r a 1 qulida (Lufkin) . . . . . . . . . . . . ..-............. F a c t o r d e c a r q a m i n i m a e n l a bar-r-a 2 oulida (Lufkin) ,.....,.........,**.......,
214
215
4-16
F
216 217
4-17 4-18
T M A X F a c t o r d e t o r q u e mAximo . . . ..-........ % de Factor de ajuste de torque para valores Wrf/Skr = 0.3 . . . . . . . . . . . . . . . . ..-......
218 220
4-19
Indice de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
INTRODUCCION
L o s DOZOS d e pbtroleo.
oueden ser clasificados
de acuerdo
a l mPtodo c o n o u e e l l o s s o n c a p a c e s d e o r o d u c i r . C u a n d o l a oresi& d e l y a c i m i e n t o v a d a c o m o oara l l e v a r e l f ludoes a l suficientemente a suoerficie. n o 5 eleha-
l l a m o s e n oresencia d e u n oozo f l u y e n t e .T e r m i n a n d o d i c h o p e r o d o . ei Yacimiento se encontrarA e nP O Z O
condicioneas producirlo. suDerf icie
de oroducir oor l o s al fondo
intermitentemente un transmitir
0
bl 6
Que e5 n e c e s a r i o d e l00~0.
desde
la
la eneraia
n e c e s a r i a Dar-aoor m e -
el levantamientodios artificiales. a
del fluido.uno de los
Esto. secuaies .
consioue
e s e l b o m b e o mecatransmite a un motor
nico o u e .
travfks d e su bsue 1 o .
l a
sarta de
varillas
la bomba de
la eneraia
genarada o o r
elhctrico o d e c o m b u s t i n i n t e r n a . El levantamientoartificial oor el sistema d e b o m b e o meen el camoo
canica e s r e c o n o c i d o de la
c o m o e l m6s i m o o r t a n t e el 80 al
p r o d u c c i n d e o&troleo o u e s .~020s
85 Dar c i e n artificia-
to de los
que son
producidos oor unidades de
medios
les en el mundo. utilizando Estereconocimiento l a
bombeo mecnico.
se debe a las facilidades acrese efectira e l diseo
1 levav
consiao
operacibn. s i
correcto
el m a n t e n i m i e n t o a p r o o i a d o d e l a instalacibn.
C A P I T U L O
1
EQUIPOS DE SUPERFICIE
1.1 CONSIDERACIONES GENERALES
Los de
mltodos y normas para
disear o
medir
el
rendimiento
un
sistema de bombeo mecAnico postulados en
con sarta de
cabillas
se
hallancas para y
el
r e p o r t e d e r e c o m e n d a c i o n e s orcti-
eldiseo
d e sitemas d e b o m b e o mechnico (API.RPllL) referidos
el
b o l e t n llL3,
a
crudos de
livianosrendimiento
Y
unidades
convencionales, CI)
los
indicadores de
son:
Caracteristicas la
la
sarta de
cabillas
B) V i b r a c i n d e
sarta de
cabillas oimensionales.
C).
Andlisis
de parAmetros
Existe las
otros
reporte
para
indicar el Bu11 llL4 seleccionarY
comportamiento de
instalaciones
como son:
Bu11 llL2, el oriunidades de bombeo
mero contiene tablas para
convencional, c u r v a s d e t o r q u e y d i s e o s d e s a r t a s d e cabi llas, elsegundo contiene 1.100
cartas
dinagr6ficas
en fun
cibn de los parmetros abimensionales FO/SKr y IV/IVOT objetivosdel pozo y son predecir
cuyos
la
forma
de
la
carta
dinagrfica
el
comportamiento de
la
instalacih.
(7.11) 1.2 SISTEMFI DE BOMBEO MECCINICO
Dos equipos conforman bSsicamentebeo
una instalacin
de bom-
mecdnico estos son:DE SUPERFICIE
'
EWIPOS
* i - Unidad de bombeo $i ;,I - Motor
- Cabezal del pozo&, ECIUIPOS D E S U B - S U E L O
). - Cabillas- Tuberas de
Sub-suelo
.: - Bombas de Sub-suelo ir' - Ancla de gas
$ Clmbos equipos conforme un sistema de bombeo mecnico. cuya ,? ;. % funcion e s t r a n s p o r t a r los f l u i d o s d e s d e el f o n d o del DOZO hasta lasuperficie
(
ver
figura
l-1
).
x:1.2.1 DESCRIPCION MECC\NICO DE ELEMENTOS DE UN SISTEMCS DE BOMBEO
1.2.1.1 UNIDADES DE BOMBEO
Es una maquina articulada
e integrada, ladel motor en
cual
convierte
el movimiento angular del eje
reciprocante,
F I G U R A 1 - I
SISTEhhA DE
BOMBEO MECANICX)
UN IDAD EJE BOMBEO /
I LLAS
JWCLA DE GAS
72c o m o u n a aoroximaci(h d e l m o v i m i e n t o armchico s i m p l e .
D-
r a loqrar e l l e v a n t a m i e n t o d e l o s f l u i d o s d e l p o z o p o r m e dio de la sarta de cabillala bomba de subsuelo.
Y
1.2.1.2 MOTOR PRIMARIO
Es la fuente de potencia para la ser a gas, tipo es de combustih i n t e r n a
unidad de bombeo, o elPctrico. e s t e
puede ltimo
e l mAs u t i l i z a d o .
1.2.1.3 CABEZAL DEL POZO
Estd c o n s t i t u i d o p o r u n a s e r i e d e d i s p o s i t i v o s
y vAlvula5
l a s q u e p e r m i t e n e l Das.0 d e l fludos d e l p o z o a l a t u b e r i a o lnea de flujo,conjuntamente con el prensa estopa permi
te el paso de la barra pulida en el ciclo de bombeo.
1.2.1.4 CABILLAS
Es el elemento de transferencia de movimiento retiprocante desde la unidad de bombeo a la bomba de subsuelo.
27
1.2.1.5 TUBERIA DE PRODUCCION
Es el medio de transporte de los fluidos producidos por el pozo, ta desde la profundidad de asentamiento de la bomba has tambin sirve de gua a la sarta de ca-
la superficie,
billas.
1.2.1.6.BOMBA DE SUBSUELO
Es un dispositivo que desplaza fluido en un solo f u n c i o n a p o r d i f e r e n i c a s d e presion asientos co al por medioY
sentido y de bolasY
(v+lvulas) p a r a p e r m i t i r d e l p a s o
sello hermti
fluido en los ciclos de bombeo.
1.2.1.7.ANCLA DE TUBERIA
Es una empacadura especial que
sirve para anclar
0
fijar an
la tubera de produccion al revestidor, cla e s r e d u c i r l a elongacion yen el ciclo de bombeo.
el
objetico d e l de la
contraccion
tubera
Las ventajas del
uso de las anclas de tubera
son
las si-
guientes: Pt.- L a s c a r g a smximas en el vastago pulido son menores.
pues se evita el pandeo de la tubera de produccion.
B.- M a y o r l o n g i t u d d e l a c a r r e r a e f e c t i v a d e l oistn lo tanto se logra mayor produccich. C.- S e e v i t a e l desqaste d e l a t u b e r a do por el roce entre ellas.Y Y
Y
oor
varillas produci-
especialmente en las uniones
por su roce con la tubera de revestimiento.
L a s d e s v e n t a j a s s e e x p o n e n a continuaci6n: A.- S e u s a m6s e o u i p o d e n t r o d e l p o z o c o n r i e s g o d e p e s c a s por falla de esta herramienta B.- A u m e n t a l o s p r o b l e m a s d e b i d o ciones. a corrosih 0 incrusta-
1.2.1.8QNCLA D E
G6S
Es un tubo perforado en
la parte superior,
ubicado en la
parte inferior de la bomba por debajo de
la zapata de and e l gas e VO
claje.
Su
funcich p r i n c i p a l
es
l a
separacibn
xistente en el crudo para aumentar trica d e l a b o m b a d e s u b s u e l o .
la eficiencia
1 um-
1.3.LA UNIDAD DE BOMBEO
La unidad de bombeo cambia el movimiento rotatorio del motor ctrimario a movimiento recproco en
las varillas del
bombeo,
reduciendo a la vez,
l a v e l o c i d a d d e l m o t o r Drima-
r i o a u n a v e l o c i d a d d e b o m b e o d e s e a d a . obtenihdose l a s s i guientes ventajas:
l.- L a
mejor
adaptacin
a
varios
tipos,
condiciones
Y
cali
d a d d e petrbleo. 2.- S o n a p t a s p a r a p r o d u c i r c a s i c u a l q u i e r trbleo. 3.- A p r o x i m a d a m e n t e u n 90 a 9 5 % d e l a e n e r g a a u e s e a p l i c a a l e j e d e l b a l a n c n s e c o n v i e r t e e n m o v i m i e n t o irtil a s cendenteY
v o l i r m e n d e De-
descendente. subsuelo ouede ser colocada a diferente
4.- L a b o m b a d e
p r o f u n d i d a d o D u e d e c a m b i a r s e d e t a m a o segln l a c a p a c i d a d d e produccih d e l p o z o . 5.- S e D u e d e u t i l i z a r e n c o n d i c i o n e s m u y v a r i a b l e s d e Droduccibn porpue es e l
sistema de bombeo
m6s f l e x i b l e .
Ya
.que s e p u e d e e f e c t u a r fAcilmente: A.- L a variacibn d e l a mdauina. B.- L a variacibn d e l a recproco longitud de carrera del movimiento unidad c o n resDeto a l o s R P M d e l a
C.- L a u n i d a d p u e d e s e r d e t e n i d a e n cualauier posicih p o rmedio del uso de un freno y embrague.
L a u n i d a d d e b o m b e o d e t i p o c o n v e n c i o n a l s e c o m p o n e prooia mente de una estructura de soporte. del balancn, las, 1 a ciguea, las bie-
el engranaje redutor y de otro eauipo refreno. etc.
lacionado como el encargado de varillas,
El eje reductor de velocidades hace rotar m e d i o d e l o s DaSadOre q u e e s t e c o n t i e n e , terales de las bielas 5 e aseguran a ella.
la ciguea. oor los miembros laEl extremo de
las bielas que esta asegurada a la ciguea tiene movimiento rotatorio.mientras que el otro extremo que esta aseguproporcionando
rado al balancn acta en forma recproca, l a f u e r z a oara o p e r a r l o .
El balancn descansa sobre un poste maestro, el cual
cojinete central encima del punto central de giro
suministra el
del balancn.
En el
extremo del balancn
opuesto
a los y el0
brazos de biela,
se e n c u e n t r a n l a
cabeza de caballo barra que a
colgador de
cable de alambre. Laen
portavarillas su vez
grampa se coloca en el colqador vdstago pulido.
Dende e l
D e l vastago p u l i d o s e s u s p e n d e l a l t i m a v a r i l l a d e l a sarta. Estas unidades con contrapesos
laterales, se encuen-
t r a n d i s p o n i b l e s d e s d e e l t a m a o C-25D-53-24 a l C-912D-356 -168. Otra unidad convencional
es aquella
que tiene
los
contrapesos en un extremo de balancn y se las Duede adqui
rir en tamaos desde:
B-6D-21-24 a
l
B-57D-109-48.
Un componente fundamental dentro de la unidad de bombeo es
el reductor de velocidad,
e l c u a l oor m e d i o d e l a transmiel motor primario.a fin
sion p o r b a n b a e n V . s e c o n e c t a
de hacer trabajar la
unidad al
reductor de
velocidad,
se
lo designa a veces como caja de engranajes o cajas de cambios,los
engranajes de
ESPINA DE PESCADO
del
reductor
d e l a s v e l o c i d a d e s s o n .fresados c o n pequen as,
tolerancias
sumamente
por lo que se hace necesario operarlos de acuer-
d o a e s t a consideracion.
El reductor de
velocidad es el
tipo
de
reduccion
doble. re-
aunque tambin se usan reductores
de simple y
triple
duccih.
L a funcion e s r e d u c i r l a
velocidad del motor pri-
mario a un valor menor que sea apropiado para operar la unidad, l o g r a n d o a l a v e z u n a v e n t a j a mecdnica c o r r e p o n d i e n aue se refiere a la fuerza motriz.
te en lo
Es posible reducir la velocidad sobre o bajo el cambio pro porcionado por
l a razon d e e n g r a n a j e s , s e l e c c i o n a n d o l a s
poleas para las bandas en V del motor y del eje motriz de la caja de engranajes.
L a lubricacion s e p u e d e e f e c t u a r c o n a c e i t e m i n e r a l
de gra-
d o 9 0 S&E o e n s u d e f e c t o a c e i t e d e m o t o r g r a d o S A E 4 0 o 5 0
D e a c u e r d o a l a m a n e r a o f o r m a d e operacion pueden clasificarse:
estas unidades
- U n i d a d e s CIPI
- Hidrdulicas - Rotativas- Otras (Winches. neumAticos
1.3.1. UNIDADES DE BOMBEO MECANICO API
Son las unidades que se adaptan a en sus diseos.
l a s e s p e c i f i c a c i o n e s API
t i e n e s c o s t o s d e operacibn y m a n t e n i m i e n t o se adaptan con facilidad e n e l m u n d o d e l petrbleo
relativamente
bajos.
a l a s condison
.ciones d e l o s p o z o s . utilizadas.
l a s m65
Se pueden clasificar
en:
- Convencional - M a r k I I o Unitorque- Balanceadas por aire
1.3.1.1 UNIDADES CONVENCIONALES
S o n l a 5 mds econbmicas, p r e s e n t a
un sistema
d e operacibn
sencillo y el mantenimiento es mnimo.
L a operacibn d e e s t a
u n i d a d c o n s i s t e e n c o n v e r t i r e l movi-
F i g . l . 2 U N I D A D D E ROMBEO D E CONTRRBALANCE E N L A S M A N I V E L A S(Ref .7)
F i g . 1 . 2 UNIDFID D E EOMBEO D E CONTRABALANCE E N E L BALhNCIN(Ref .7)
30 miento traves rotatoriode un de eje
del
motor
en
recoroco
vertical.
a
sistema
integrado por correas,
poleas y caja articulado
de engranajes en comunicacin con otro sistema formado para te. por
lasen
conexiones labarra
manivela-biela. el
biela-balancnreciprocan-
reflejar
pulida
movimiento
Estas
unidades
Dueden s e r b a l a n c e a d a s p o r m a n i v e l a sY
0
pe-
sas en el balancn
en casos ocasionales
una
combinacibn
de ambos contrapesos.
Las
cajasl
de engranajes tienen rango entre 25000 y con capacidad de carga desde 5300 a
91200
LBS-PULG.
36500 LBS
y emboladas desde 30
a
168 pulgadas. (vea
fig.
1-2
Y
l-3).
1.3.1.2 UNIDADES MARK
II
Es una unidad convencional q u e mds u n i f o r m e nal e nY
modificada
para
lograr
u n
tor-
de esta manera
reducir la carga torsiolade
la
caja
de engranajes,
tiene
ventaja
de
soportar
mayores cargas que otras unidades desventajas son
igual
dimensibn, utiliza
las
los
c o s t o s d e fabricacih y (vea la figura l-4)
contra
balance muy pesado.
71
FIGURA _-..- -- 'j-:,,&
U N I D A D D E BOMBE UWI-ORQUECOJINE T E D E L >OSTE M A E S T R O V I G A VIA J E R A COJINETE DEL
BRAZO
P R O T E C T O R FRE*Fo
Tine
r a n g o d e ooeracin
siguiente: CARGA EMBOLA 2 1 6 PULG. 6 4 PULG.
TORQUE
MFIXIMO MINIMO
1280000
LBS rc PULG.
42700 L B S . 14300 L B S .
1 1 4 0 0 0 LBSr PULG.
1 . 2 . 1 . 3 U N I D A D BALANCEFIDfi P O R
CIIRE
Para
contrabalancear comprimido? no
estas unidades, se contrapesas en
usa
cilindro
de tie-
aire
lleva
la y
manivela.
ne como ventajas
el
hecho de ser por trabajar
portAti baja
manejar mejor
losbeo y de
crudos
pesados
con
velocidad
de
bom-
enboladas
largas, como altosreferente
desven t a j a s p r e s e n t a cos t o s
mantenimiento
al
cilindro
de
aire?
pis-
tan.
compresor y controles neumticos.
(vea fio. l-5)
Su rango de operacin es TORQUE MQX
el
siguiente: CARGA EMBOLA LBS. LBS. 64 PULG. 300 PULG.
IMO
114000 LBS.,PULG.3 6 4 8 0 0 0 LBS.&PULG.
17300 47000
MINIMO
1.3.2. HIDRAULICAS
,
Presenta
geometra
diferente
a
las
unidades
API,
la bomba
UNIDAD DE BOMBEO ESALANCEADA c~~;NE-I-E it,tzL POI? AIRE CQMPENSADt'RV I G A Hth JERA\
F
IG?iRA
1-5
_
\
GUAYA D E L
FR E NO
hidrdulica trasmite pulida.
sustituye pormedio de
la
caja a
de
engranajes
la
energa
se
fluidos
los
elevadores
de
la
barra
Estas
unidades
se
contrabalancean
con
torque p r e s u r i z a d o
con fluido
generalmente
gas.
Adems ouede
cambiarcon
la
velo
cidaden
de bombeo de manera
satisfactoria
la
embolada.
varios arreglos.
a travos del oanel de control.
Literalmente oermite
el decenso de las cabillas por su pro y comoensal-6)
pi0 peso. en forma lenta nera rapida. (vea la
con
el
ascenso de ma-
figura
1.3.3 ROTATIVAS
Esta unidad se compone
de un rotor
y
estator
en
el
fondo
del
POZO.
en
la suoerficie
lleva un motor electrice
y ca-
bezal
rotatorio.
(vea figura l-7)
El
crudo
es
desplazado del
en
forma
continua
hastades
la
superfifor-
cie, por medio
rotor
que
gira
dentro
estator
mando de esta manera cavidades progresivas ascendentes, u-
tilizando el principio del tornillo.
FIGURA
j-6
UNIDAD HIDRAULJCA D E
WMfiBEO
DE BARRA P U L I DCONECTOR
.
S I S T E M A D E B O M B E O RoTATI\/ (BOMBA DE TORNILLO )- M O T O R ELECTRIb
F
1
GU
RA
j-7
PREKSA E S T O P A S
TUBERIA
D E
PRODUCQa
S A R T A D E CAGILLAS
- -
E S T A T O R
1.3.4.OTRAS
E x i s t e n o t r a s u n i d a d e s esoeciales e n d i s e o . c o m o :cI.- A l p h a 1 B.- Neumdticas C.- Gemelas
En esta seccin nos referimos a las ferente a sus caractersticas
dos primera. en lo re-
mas r e s a l t a n t e s .
h.- U n i d a d A l p h a 1
E s u n tioo d e u n i d a d oue m i e n t o u n Winche
utiliza como
metodo e l
levanta1 leva
o malacate en forma de serpentn.
e l p r e n s a e s t o p a v i a j e r o que s e m u e v e e n u n c i l i n d r o p u l i do en su
interior
ademas se contrabalancea
por medio de
pesas colocadas en uno de los extremos de tiliza e l m a l a c a t e :al lado
1 a guaya oue CI-
estas
pesas van
ubicadas en un pozo
del
DOZO
reductor.Y
Su rango de velocidad de bombeo
es de 2 a 4 SPII.
l a e m b o l a d a v a d e s d e 3 4 a SO p i e s .Y
Como desventaja presenta fallas en las guayas muy corta.
v i d a ltil
B.- Unidad Neumdtica
Funciona cid estA positivo jogas
de manera semejante a
lasde
hidraulicas, bomba de un
la
diferen
en la sustitucihpor un compresor aire. En
la
desplazamientofluido de traba-
y
utilizandode
gas
natural
0
caso
existir estapara
una presin de
suficiente,
se p u e d e
utilizar
su5tituir
al
motor y compresor.
Estado
unidad laespozo
tambien de
ouede flujo. de
utilizarse
para
desplazarde esta
lquiinsta-
por
lnea
Otra aplicacibnaprovechar
lacihen un
la
oosibilidad
la
presion
del
gas
p a r a l e v a n t a r l a c a r g a e n c a d a e m b o l a y despues durante
dirigirlo a la lnea de gas principalde
el
descenso
la embolada.
Bdsicamenteficado.
esta
unidad
es
un
balancn
convencional
modi-
1.3.5. DESIGNACION
DE LAS UNIDADES DE BOMBEO
A
fin
de
designar
las
unidades de bombeo se debe seguir
el
siguiente orden : A.- T i p o d e
la
unidad de bombeo
=n .J . .
cl = Llnidad
neumAtica
B = Unidad de
contrabalance
en
el
balancn manivelas el balancnY
C = Unidad de contrabalance en lasCB= Unidad de contrabalance en
en
la5
manivelas.M =
Unidad
Mark
II
unitoraue
B.- Toraue Mdximo en miles C.- Especificacir5n d e l
de
Pulgs-Lbs.
reductor
D = R e d u c t o r d e reduccibn d o b l e s = R e d u c t o r d e reduccic5n T = R e d u c t o r d e reduccibn
simple triple
D.- Carga en el vstago pulido en cientos de libra. E.- L o n g i t u d d e l a Aspor carrera en
pulgadas
ejemplo
la
unidad:
C - 228 D - 246 - 74
.Es una unidad de
contrabalance de 228000
en
las
manivelas con
con
un de
tor
que
permisible
Pulg-Lbs.,
reductor
doble lon
reduccibn. qitud
una carga mxima
permisible
de 24600 Lbs. y
de carrera de 74
pulgadas.
Estas siemore
especificaciones chequeadas con de
de
la
unidad datos
de
bombeo, en
deberAn
ser
losno
obtenidos
el
diseo
de
instalacih,
a
fin
sobrepasar
los
valores
mdximos
permitidos por la unidad.
1.4 EL MOTOR PRIMARLQ
L a funcibn d e l m o t o r a l a
p r i m a r i o .es
l a d e a b a s t e c e r enerqa bomba de
instalacih mecAnica, q u e e s t r a m i t a d a a l aY
subsuelo
u s a d a e n e l l e v a n t a m i e n t o d e l fludo.
E l m o t o r s e l e c c i o n a d o Dara u n a d e t e r m i n a d a instalacihn. d e be tener suficiente el fludo d e lDOZO
potencia
de
salida
a los
fin
de
levantar utili(a qas
a una rata deseada.
motores
z a d o s e n b o m b e o m e c n i c o s o n d e combustih i n t e r n a 0 gasolina) 0 el&ctricos.
L a s v e n t a j a s o d e s v e n t a j a s e n e l u s o d e c a d a t i o o d e estos motores no se Duede efectuar si no considera antes, los
factores relacionados con abastecimientos y Y de los de ener-ga elbctrica.
costos de gas
Segn el tipo de base. fin
el
motor
se
monta
en
rieles
con
el que la
d e lograr e l a j u s t e c o r r e c t o d e l a s d e transmisibn a l reductor de
correas en V. tanto
sirven
velocidades,
polea del motor neadas.
c o m o l a d e l r e d u c t o r d e b e n e n c o n t r a r s e ali
C A P I T U L O
II
EQUIPOS DE SUBSUELO
(4.7.11.12)2 . 1 BOMBCIS D E S U B S U E L O
E s u n d i s p o s i t i v o oue p e r m i t e e n v i a r e l c r u d o d e s d e e l f o n do
del
POZO
hasta la
suoerficie y l u e g o a l amovimiento
estacibn r e -
colector-a.
es accionada por el
reciprocante de
la unidad de bombeo D balancn.
Los elementos
aue constituyen una bomba de subsuelo son:
A) B a r r i l
oY
Camisa
es u n c i l i n d r o cuya s u p e r f i c i e
in t e r n a
es oulida
es d e l o n g i t u d v a r i a b l e .un cilindro pegueo d e
B) Piston e s
s u p e r f i c i e e x t e r n a e5
pulida el cual se mueve dentro de la camisa.
C) VAlvula v i a j e r a e s u n d i s p o s i t i v o f o r m a d o o o r u n a e s f e ra de acero funcion e s cenden te.Y
su asiento.
colocado dentro del
piston. c u y a
hacer sello
hermetico. d u r a n t e
la embolada as-
D) V l v u l a f i j a e s u n d i s p o s i t i v o i g u a l a l a v l v u l ajera, oero
via-
va colocado en el fondo
de la bomba.
Su fun-
cin es hacer sello
hermtico en la embolada descendente.un anillo de bronce.
En su parte externa lleva
1. EI Z a p a t a e s u n nisle que t i e n e e n s u p a r t e i n t e r n a u n c o no ja,
Y a l o j a e l a n i l l o d e b r o n c e o friccion d e l a v l v u l a f i permitiendo el sello hermtico.
2.1.1.
FUNCION DE LA VRLVULA VIAJERA
L a funcion p r i n c i p a l
de la vlvula viajera es
permitir laY
e n t r a d a d e f l u j o h a c i a e l piston e n s u d e s c e n s o
luego ha
cer un sello hermtico en su carrera ascendente y que el crudo salga
oermitir
a l a suDerficie.
2.1.2. FUNCION DE LA VALVULA FIJA
El
objetivo
de
su
presencia es cuando elD~E.O
dar
paso al
flujo de petrosu carrera astudel
leo hacia la bomba.
pistn inicia
cendente y cerrar el bera-bomba, pi5 tan
a l flujo d e n t r o d e l s i s t e m a l a c a r r e r a descend e n t e
c u a n d o s e incia
2 . 1 . 3 . SECUENCIFI D E OPERCSCION E N T R E LKi VALVULAS
La bomba opera
de la
siguiente manera! mas bajo y
asumiendo que el empieza a moverse
pistn descansa en su puntoen forma ascendente. te inferior.
Cuando el
oistbn s e d e t i e n e e n l a p a rencierra debido a oue
l a v$alvula
vid jera se
la oresion P
1
se hace igual
a
la
oresin P3
Y
el
Deso d e
l a vllvula h a c e aue s e a s i e n t e c o nrradaY
la vlvula viajera ceoresion P reduce. s e 1 entre presin
moviendose hacia arriba la el momento se hace aue la
Luego en P YP
diferencia de
l o s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e o b l i g a a l a v61elDaS.0 d
1 vula
2
fija
a ceder
los fluidos del
DOZO.
hacia
la camisa de la bomba.
CI m e d i d a aue e l oistn a s c i e n d e DOCO a DOCO.
la camisa se
va llenando
l a razon p o r l a c u a l l a c a m i s a emoieza a l l e -
narse en su movimiento ascendente es debido a la reduccin de
se hacen iguales implicando Y P 2 1 vdlvula f i j a s e c i e r r a d e b i d o a s u prooio p e s o . laoresion P
aue
la
Cuando el pistn comienza a bajar, con la cerrada, se comprime el fluido
vlvula viajeraen la camisa
almacenando
trayendo como consecuencia el aumento de la presin P . En 1 l a f u e r z a e j e r c i d a oor P sobrepesa la el m o m e n t o e n que2.
3 bre Dermitiendo el tan, luego a
fuerza de P
m&s e l
oeso d e l a b o l a .
l a vAlvul.3 v i a j e r a a-
paso d e l fludo d e s d e l a c a m i s a a l pis-
la tubera finalmente el pistn llega al pun-
t o mas b a j o oara i n i c i a r u n n u e v o c i c l o v e a f i g u r a 2 - 1 .
2 . 1 . 4 . CLASIFICACION _TIPO DE BOMBA , BOMBCIS D E V A R I L L A S BARRIL EST. ANCLABARRIL CON PARED GRUESA BARRIL CON CAMISA BARRIL CON PARED DELGAD
JE S U P E R I O RBARRIL EST. ANCLAJE INFERIOR B A R R I L VIFIJERO ANCLFIJE I N F E R I O R
RHA
RI-h
RWPI
RH!3
RLB
RWB
RHT
RLT
RWT
BOMBAS DE TUBER 1 AS
TH
TL
TW
2.1.4.1 BOMBAS
API
DE CABILLAS 0 BOMBAS INSERTABLES (fig. 2 - 2 )
2.1.4.1.1
BARRIL
ESTACIONARIO-6NCLAJE
SUPERIOR
Dentro de esta clasificacin entran RLFI. claje E l fludo es d e s c a r g a d o superior v
las
b o m b a s RHA
RWA
Y an-
inmediatamentearena y otros
sobre
el
evita
aue
la
materialesancla de
segas
acumulen en 1 a bomba.para mejor seoaracir5n
El del
barril gas.
acta
como
En
la
carrera
descendente.
la
vdlvula
de pie soporta
la
co se
lumna de fluido lo oue arajen en bas no
v e c e s c a u s a que
los
barriles
el
cueroo o en
el
irea
roscada.
Este tipo de bom de
deben usarse
en pozos
mds p r o f u n d o s
los
5000
pies.
VENTAJAS l.- B o m b a e x c e l e n t e oara p o z o s c o n p r o b l e m a s d e a r e n a .2.- B o m b a b u e n a oara DOZOS g a s e o s o s . 7 .- E x c e l e n t e p a r a . 4.- L aDOZOS
de bajo
nivel
fluido.permite bom-
vdlvul
viajera
en
lafondo
parte
inferiorDOZO.
b e a r d e s d e mAs c e r c a
del
del
DESVENTAJAS
l.- N o r e c o m e n d a b l e p a r a
pozos
profundos.
2.- P o b r e
WTtDdqLletddLlra
en
oistn. p a r a
escaoes.
3.- MAs costos aue
los
de tipo de
barril
viajero.
2 . 1 . 4 . 1 . 2 B A R R I L E S T A C I O N A R I O - FINCLAJE I N F E R I O R
Corresponde
a
esteinferior La
tipo
las bombas RI-IB, RWB Y RLB. profundidades mayores
El 5000 oue
anclajepies.
evita fallas a pi& el es
vdhula d e viajera y
generalmenteproducido
m6s
grande pa-
la
v6lvula
fluido
tiene
que
sar a travs de esta menor abertura de
vllvulas, pero cualpor
quier volumen de qas
1 iberado
inducidode
ste diferen-
rial no afectar& la oDeracic5n
la bomba.
VENTAJFISl.- P u e d e n s e r u s a d a s e n Dt-ofundos.
~0205
2.- M e n o s a p t a a ruoturas p o r presih q u e o t r o s t i p o s Standars. 3.- B u e n a p a r a~0~05
con
el
nivel
de fluido bajo.
DESVENTAJAS
l.- A r e n a la bomba. 2.-
Y
otras
materias
pueden depositarse
alrededor
de
El
barril
est
sujeto
a
sedimentacich
Y
corrosi6r-t.
2.1.4.1.3
BARRIL VIAJERO - ANCLOJE INFERIOR
Son las bombas de tipo RHT. RWT Y RLT. Este tioo de bombas,
el barril viaja y el embolo permanece
fijo.
el barril es conectado a la varilla de bombeo a traconexi6n Y de una
vgs d e u n a
vblvula v i a j e r a g r a n d e . L asupe-
vAlvu1.a d e pi& s e c o n e c t a
directamente en la parte
rior del mbolo estacionario. un tubo larqo siento.
E l P m b o l o estA s o p o r t a d o p o r
aue est conectado en el fondo del soporte o del fluido en el fondo del barril via-
La accin
jero evita la depositacin de arena en la bomba.
Para
que
el fluido lleque al barril, debe atravesar el larDebido a &sto y a que
go tubo anclado. es pequea y
l a v;ilvula d e pi&
l a r a t a d e compresih r e l a t i v a m e n t e m e n o r . l a
bomba no es recomendable en problemas de qas.
VENTCIJAS l.- L a aqitacih e v i t aba.
la depositacin de arena en la bom-
2.- E l a n c l a j e i n f e r i o r e v i t a l a p o s i b i l i d a d d e f a l l abarri 1 .
del
3. - Buena
para
~0205
i n t e r m i tente5 y a q u e
la bola de la
j a u l a rjuoeriornat-,
se a s i e n t e c u a n d o l a b o m b a d e j a d e f u n c i o -
manteniendo la arena fuera de la bomba.
DESVENTAJ FIS
l.- N o e s r e c o m e n d a b l e e n u n o o z o c o n gas p o r l a reduccioni del i i pasaje de fluido.DOZOS
2.- N o m u y b u e n a e n
profundos ni en
carreras
largas
ciorque e l t u b o o u e s o s t i e n e e l Pmbolo t i e n d e a d o b l a r s e .
2.1.4.2.
BOMBAS TUBURCSLES 0 BOMBAS API DE TUBERICI
D e e s t e t i p o s o n l a s b o m b a s TH? T W Y T L
(fiq. 2 - 2 ) .
Estas bombas dan mayor capacidad de bombeo que las inserta
bles para
l a m i s m a dimensibn d e t u b e r a .
El barril de la
b o m b a y l a vdlvula d e pi& s o n i n s t a l a d a s c o m o p a r t e d e l a tubera.
E l fluido e s Droducido p o r l a t u b e r a y e l gas p o r e l e s p a cio anular de la tubera de revestimiento.
E s t a s b o m b a s s e f a b r i c a n e n u n a seleccion b a s t a n t e de materiales mao5 : Y se hallan disponibles en los
amplia
siguientes ta
,io d e Prod~
Barril de Bomba __.. __--__.
1 I
1.
zlvulo viajera,
Anclo de Gas
TW-TL (d) Fig.2.2
T W E *- Tl,.. Id
BOMBPG D E S U E S U E L O C O N NOMENCLATURf9 CIPI ( R e f . 7 )
TC
1 3/4" 2 1/4" 2 314"3
PARA TUBERIA DE 2
PARA TUBERIA DEPFIRFI TUBERICI D E
2 112"3
3/4"
PARA TUBERIA DE 4
VENTCIJAS
l.- P e r m i t e
la
producci&i d e g r a n d e s v o l m e n e s d e sarta de tubera
f
ludospermi-
ya que el barril es parte de latiendo
el
uso de pistones
grandes. ludos viscosos.
2.- AdaDtables p a r a p r o d u c i r f
DESVENT&J%l.de La tubera bomba. daar tiene
oue
ser
sacada
para
reparar
el
barril
la
2.- Es posible cich.
el
pistrh
al
bajarlo
para
su
instaa-
2.1.4.3.
BOMBAS
SIS
(SHELL
INTERIM
STANDARD)
Son bombas ciencia
diseadas
para Las
crudos
viscosos,
tiene que la
alta
efi-
volumtrica.
caractersticas
diferen-
cian de las bombas API son las siquientes: l.- Las jaulas al de las vdlvulasfijas y
viajera
reducen
la
resistencia
flujo.
2.- playores d i m e n s i o n e s m a y o r Area a l oa50. 3.- Flenor l o n g i t u d este caso ia
de
bolas Y asientos
imol i c a n d o u n
del
pistbn, entre
hasta dos pies.
reduce encamisaY
friccibn
e l pistbn
Y l a
la
i n t e r n a d e l f l u j o a trav&s d e l p i s t n . 4.- C o m o l a zaoata l l e v aun
niple M para anclar la vlvula
f i j a . e s t o i m p l i c a a u n a u m e n t o d e l At-ea d e succif5n d e l abomba.
2 . 1 . 4 . 4 . T I P O S D E N O M B A S SIS
(ver
fiq
2-3)
S R W B : E s s e m e j a n t e a l a R W B d e l a API SRWB - TS: Das.
Igual a la anterior. pero funciona
en dos eta-
Usada en el campo Ta Juana. Bomba tpica para crudos viscosos.
SRWB - OVU:
S T H : E s l a versibn S I C d e l a API tioo T H . STH-V: Es la misma STH. STH - TS:p e r o c o n pistf5n mds c o r t o .
U s a d a e n pozos s o m e t i d o a inyeccibn d e v a p o r .
(11,121 2.1.5. DESIGNACIONES API Y SIS PAR& BOMBAS
2.1.5.1.
DESIGNACIONES API
Las designaciones completas
para bombas de cabillas
y tube
53
L i r a s . incluyen:I c\) T a m a o n o m i n a l d e l a t u b e r a b) Didmetro i n t e r n o c) T i o o d e b o m b a . de
la tubera localizacin
inlcuyendo t i p o d e b a r r i l .
y tioo d e a s e n t a m i e n t o .
DI L o n g i t u d d e l b a r r i 1 .E) L o n g i t u d d e l oistbn. F) L o n g i t u d total de
las extensiones.20 125 RLBC
( cuando se usan )
EjemDlo:
Una
bomba
de
-
7
-
2
-
4
E s t a e s u n a b o m b a c l a s e API t i p o c a b i l l a , a l-114 Dulgadas, que
de
Distn i g u a l
lleva un barril de longitud 7 pies YLa longitud
l a extensickm e s d e c u a t r o (4) p i e s .
del
pis-
t n e s i g u a l a d o s p i e s (24 p u l g a d a s ) , e l
a s e n t a m i e n t o e5
d e t i p o cooa l o c a l i z a d o e n e l
f o n d o d e l a b o m b a y p o r Ulti
m o l a b o m b a v a acoolada a u n a t u b e r a d e 2-3/9 d e p u l g a d a s
Ejemplo:
2-1/2 - S R W B - V T S - 1 2 t-5)
E s t e tipo d e b o m b a e s d e c a b i l l a , c l a s e SIS a c o p l a d a a u n a t u b e r a d e didmetro n o m i n a l i g u a l a 2-1/2 p u l g a d a s , camisa de oared delgada.
lleva
l a b o m b a v a a n c l a d a vajo e l niele
M oist6n c o r t o d o b l e e t a p a ( e s p e c i a l p a r a c r u d o s v i s c o s o s )
l o n g i t u d a d e l a c a m i s a o b a r r i l i g u a l a 1 2 p i e s y e l FIf 0 t o l e r a n c i a e n t r e e l pisttin y l a c a m i s agadas.
e s d e 0 . 0 0 5 &&k.
i
DESIGNACION API
-xxxx-x-x-x
*LONGITUD
TOTAL
DE
EXTENSIONES
*LONGITUD NOMINFIL DEL PISTON EN PIE! LONGITUD DEL BARRIL EN PIES
L!kTIPO DE ASENTAMIENTO: C: TIPO COPhM: TIPO MECANICI cLOCALIZWION DEL ASEI\I'TAMIENTO: A: TOPE DE BOMBA B: FONDO >TIPO DE BARRIL: H: PAREDES GRUESAS L: CfiMISCI INDEPENDIENTE DE BARRIL w: PAREDES s: PAREDES P: PAREDES *TIPO DE BOMBA : R: BOMBAS T: BOMBAS cPISTON DE LA BOMBA 125 150 175 178 200 225 250 275 DELGCIDAS DELGADAS GRUESAS DE DE CABILLAS TUBERIA
l-114" l-1/2" l-314" l-25/32 2" 2-114" 2-1/2" 2-3/4"
-DrAMETRO
DE LA TUBERIA: (DICIMETRO EXTERNO) 15 - 1.9" 20 - 2-318 25 - 2-7/8 30 - 3-112"
Crc ._
DESIGNACION SIS s-TOLERANCIA EN 0.001" :LONGITUD DE LA CAMISA EN PIES *NUMERO DE ETAPAS v= vIscosos. PISTON MUY CORTO o= VALVULAS FIJAS SOBRE MEDIDA *P= NIPLE "P" ENCIMA DE LA TUBERIA E= CUELLO DE EXTENSION EN EL TOPE DEL CILINDRO EN ROMEAS DE TUBERIA.(EN LA PARTE DE ABAJO ES "STANDARD") *TIPO DE ANCLAJE: A: ARRIBA NIPLE "P" L: ABAJO DEL NIPLE "M" P: ABAJO DEL NIPLE "P" - T I P O D E C A M I S A : W: PAREDES DELGADAS H: PAREDES GRUESAS L: CAMISA INDEPENDIENTE DEL BARRIL *TIPO DE BOMRA: R: CABILLAS T: TUBERIA 1-S: SHELL INTERIM SATANDARD -TAMAGO NOMINAL DE LA TUBERIA EN PULGADAS.
(7.5) 2.2. ANCLA DE GAS
E s u n d i s o o s i t i v o oue oermite s e p a r a r e l con la finalidad de reducir al la bomba de subsuelo. ficiencia de la bomha
gas
del
oetrbleo
m n i m o l a e n t r a d a d e qas a
pues de lo contrario disminuye la eY
como es lgico
tambi&n s e r e d u c e
l a o r o d u c c i o n d e l oozo. TiDos d e a n c l a s e n t r e l a s m a s u s a d a s e s t n Al C o p a (Gilbert) B) Niple p e r - f o r a d o (Poorman) C) Tioo e m p a c a d u r a (Packer) DI Natural EI M u l t i c o o a s
CINCLAGILBERT POORMAN EMPACADURA NCITURAL MILTICOPAS
FIGURA 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8
Funcionamiento El flujo oasa aY
traves d e
105
huecos del
ancla
creando
turbulencia cibn d e l
u n a caida d e oresin q u e
provoca
l a seoara-
gas. p o r s e r e l m e n o s p e s a d o e s d e s v i a d o h a c i a e l mientras que e l petrc5leo e s absor-
anular del revestidor.
57
vido d e n t r o d e l a n c l a p o r e l t u b o d e scrccibn.
ANCLFI DE COPA GILBERT
Es un ninle de tres piesd e esDes.or p o r 30 m m .
de longitud con
ranuras de 2mm.s e
de larqo y lleva
CODOS
coloca con
l a s copas h a c i a a r r i b a Y d e b a j o d e l a z a p a t a d e l a b o m b a .E n su e x t r e m o i n f e r i o r5 e
coloca un
tubo de treinta pies
(JO p i e s ) c o n u n taDc5n e n l a p u n t a . d e n o m i n a d o t u b o d e b a rro.
En el interior del ancla se encuentra el
t u b o d e succibn.
e l c u a l \/a e n r o s c a d o a l a z a p a t a d e l a b o m b a . c u y a funcibne s s u c c i o n a r e l oetrbleo c o n l a m i n i m a c a n t i d a d d e g a s .
El
t u b o d e succiw e n e l a n c l a d e g a s
d e
4-1/2
pulgadas
d e b e s e r d e 2 Dulgadas d e di6metro y 2 0 p i e s d e l o n g i t u d . E n l a s a n c l a s Z-1/2 de 1 112 Dulgadas e l tubo de succich d e b e s e r
pulgadas por 20 pies de longitud.
L a c a n t i d a d d e niDles q u e p u e d e l l e v a r u n a n c l a d e p e n d e d e l a p r o d u c c i n a s t.enemos:
S i l a DrOduCCitin e s d e 300 B P D l l e v a u n niple,
si p r o d u c e
e l p o z o e n t r e 300 Y hOO B P D l l e v a d o s n i p l e s y m a y o r e s d e
600 BPD lleva tres niples.
F I G U R A
24
ANCLA DE GAS TIPO COPAS
EXTREMO DONDE BOMQkZAPATA DE LA BOMBA SE ENRoSCA ANCLACOPA -+2 TU!30 DESUCCION
TUBO DEBARRO
EXTREMO D O N D E SE ENROSCA EL TUBO DE BARRO
ROSCL 4 -& E u .
F I G U R A
2-5
ANCLA DE GAS NIPLE PERFORADO ( Poorman)
BOMBA,----q
Qo 0 1O O
ANCLA-
00 3 0000OO
1 1 l--PII II
T U B O DESUCC ION
0
OO 0000 0
000
OO 000 1O O
1
TUBO DEBARRO
ii
rn
F 1 G U R A
Z-6
ANCLA DE GAS TIPO EMPACADURA
EMPACADURA--B /f
1
T
'1
F 1 G U R A
2-7
ANCLA DE GAS TIPO NATURAL
s z c_
P E R F O R AC
Il II j tomes-----+II I I -3
)OOO O
UfjMU A -
-II tl I II I c
)OO OO )QO 0 0
100 O O joo 0 0
1JA G U J E R O S DELAN CLA D E G A S
0 ac 0 0
0 oc
0 0
F I G U R A
243
ANCLA DE GAS T I P O I\/IULTICOPAS
BOyj3A -
COPAS-
GUJEROS-
c
- G A S
TUI30 D E SUCCION
Su
nomenclatura
es
la
siquiente
C-X
donde: X 1 2
C:
Siqnifica t i p o d e a n c l a : DiAmetro d e l
"cooa"
X 1 X 2
ancla
: L o n q i t u d d e nilmero d e n i p l e s .
Ejemplo:
c - 46
c 4
= =
tiDo
CoDa
4-112 p u l g a d a s
6 = 2
niples
de
3 p i e s d e longitud
DescriDcibn
de una ancla
de copa C-43
C
=
tipo
copa
4 = 4-1/2 Dulqadas 3 = 1 niples de 3 pies
Para
la
instalacibn Y c o n s t r u c c i n d e l a s
anclas
d e gas
se
suqiere
lo
siquiente: de qas debe colocarse
A.-
El
ancla
cerca
de
la
bomba. m$s
B . - E l drea d e p a s a j e d e f l u i d o h a c i a b a j o d e b e s e r l o amplio
Dosible
oara aminorar del tubo
la
velocidad
del
oetrbleo.ser mayor al
.T -.- L a l o n q i t u d
d e succic5n
no debe
dolmen d e e n t r a d a a l a b o m b a d u r a n t e u n a c a r r e r a . ).- H a s t a 250 BID d e produccih : _.- El At-ea d e oerforaciones se puede usa un tubo de 1 en
el
tubo
de succin debe
tener un rea mnima de 4
veces
el
drea de la
vlvula
es-
i:
F.- E l
Area d e
l a s oerforaciones
en el
ancla
d e qas d e b e
s e r 2 v e c e s e l area a n u l a r e n t r e e l a n c l a y e l t u b o d e suc cihY
4 v e c e s s i l o s fludos p r e c i p i t a n p a r a f i n a o e s c a l a
(7.9) 2.3. LAS VARILLAS DE BOMBEO 0 SARTA DE CABILLAS
E n l a p r o d u c c i n d e oetrc5leo p o r b o m b e o m e c n i c o .
las va-
rillas de succin son una herramienta
esencial de la cual
se abusa en demasa Y el hecho de que contina funcionando a pesar del abuso. hace que muchos consideren innecesario
preocuoarse oor el I a .
En un ao
las
varillas
de
DOZO
pueden
completar
mas de raspando a
diez mi 1 lonescontra la
de ciclo de bombeo.
pueden estar estar
tubera en un
pozo torcido,
expuestos
d i f e r e n t e s carqas o a
u n o o m a s tioos d e corrosibn d u r a n t epozo. y s i n embargo las nicas
e l oerodo d e t r a b a j o d e l
v e c e s e n q u e e l l a s r e c i b e n atencion e s c u a n d o s e h a n r o t o .
A f i n d e ooder consequir u n a m a y o r
duracin de que a
las vari-
llas debe seguirse determinadas reglasse exponen
continuacibn
Y a fin de conseguir un vida mas larga de ellas
5e s u g i e r e :
l.- N o m a r t i l l a r l a s esoigas o c a j a s .2.- A p r e t a r
las varillas suficientemente.
3.- M a n t e n e r limoias l a s rosca5. .4. - N o d e b e n s e r a r r a s t r a d a s h a s t a e l qa5 0 r o s c a s 5e e n s u c i a n c o n c o n t a c t o o goloesconD O Z O
ya
ocie
l a s espi
tierras o se pueden daar por
otros objetos de metales.van a
5.- S i l a s v a r i l l a s s e
c o l o c a r h o r i z o n t a l m e n t e a l sa
carlas d e l p o z o .
debern sostenerse adecuadamente a lo lar
q o d e t o d a SU extensibn. 6.- L a s
varillas debern
ser
bajadas a
menor
velocidad
cuando se calcula oue la primera llega al do dentro del pozo. es
n i v e l d e l fluvarilla5
muy difcil torcer lasDozo a
al llegar al fluido del
una velocidad alta.
7.- U s a r e l e v a d o r e s d e t a m a o a d e c u a d o . 8.- S i l a s v a r i l l a s h a n temporalmente, sido usadasY
se
van a almacenar con una capa de
limpiarlas
y proteqerlas
p e t r l e o l i v i a n o o c o r r o s i v o a f i n d e e v i t a r l a corrosic5n.
C o n e l o b j e t o d e q u e l o s f a b r i c a n t e s d e v a r i l l a s s e adhieran a l o s S t a n d a r d d e API. e l Instituto
FSmericano d e P e t r en
leo establecib
un mtodo para
marcar la5 varillas
la5
cuales debe constar los siguientes: l.- L a identificacibn d e l f a b r i c a n t e2.- E l diSmetro n o m i n a l d e l a v a r i l l a , e n p u l g a d a s . J.- E l m o n o g r a m a API
- El grado sea CLIC:c,
i
5.- L a m a r c a d e codigo p a r a i n d i c a rcin
la fecha de
fabrica-
o el grado de acero de que fue confeccionada.
Dicha informacin aparece en los extremos cuadrados de lasvarillas.
donde se
colocan las llaves para su ajuste.
Las varillas se fabrican en longitudes queas d e 11/3. 2 . 3. 4. 6, 1 0 Y
d e 2 5 y 3 0 a s pesiendo estas
12
c11
timas usadas para espaciar la bomba de la grampa del tago pulido a la distancia exactamente deseada.
vs-
Las varillas son fabricadas en tres clases a saber: Clase K . - S o n v a r i l l a s d e n i q u e l - m o l i d b e n o , r e s i s t e n t e a l a corrosjAn.Latensitm
mnima es de 82.000 PSI
Clase C . - S o n l a s v a r i l l a s d e combinacion d e c a r b o n o m a nganes0 F usados en trabajo pesado y medio,
l a
inhibicibn
contra la
corrosion es bastante efectiva,
la tension de es Cl -
f u e r z o m n i m o e s d e 9 0 . 0 0 0 P S I l a m a y o r a d e los DOZOS san este
tioo d e v a r i l l a s : yusar
Clase D . - S e u s a n d o n d e n o s e a l c a n z a n a
las vari-
l l a s tioo C Y s o n f a b r i c a d a s d e u n a aleacion n i q u e l - c r o mo Moly.
Se usan por lo general en pozos
de alto volumen
d e oroduccion.
La tension mnima es de 115.000 PSI.
V lo
oodemos definir como el
conjunto de cabillas
que forpuede
m a p a r t e integral d e u n s i s t e m a d e b o m b e o mec8nico.
f f, s e r d e diilmetro u n i f o r m e o c o m b i n a d o . I; ser de acero. bra de vidrio. tambiPn Duede c o m b i n a r s e
El materialcon cabillas
suelede fi-
2.3.1. EMBOLADA
EFECTIVA
(1,3)
Existe una longitud diferencial entre la embolada de la ba r r a oulidadefine laY
el viaje del pistn en la bomba. este pistn.
ltimo
embolada neta efectiva del
Esta diferencia se origina debido a: - Estiramiento de la sarta de cabillas - Estiramient.0 d e la tubera de produccirh.
- Efectos dinmicos de la sarta de cabillas. - Vibracin de
las cabillas
- F r i c c i n e n t r e e l oistbn y e l b a r r i l
E l d e s o l a z a m i e n t o d e l pistbn e s u n i n c r e m e n t o d e l a ladaY
embo-
el estiramiento de las
cabillas y la tubera tiende
a d i s m i n u i r l a m i s m a e n t o n c e s s e Duede e x p r e s a r q u e :
Sr
P
=
S + EP - ET - ER (2-l)
onde:
S s
P
: :
E m b o l a d a e f e c t i v a . e n oulgadas T i r o d e b a r r a Dulida. e n p u l g a d a s Elongacin del pisth. e n pulgadas en oulqadas
EP: ER:
Elongacick d e
las
cabillas.
2 . 3 . 1 . 1 . E_LONGFICION-DE L A SFIRT4 D E C A B I L L A S ( E R )
L a s a r t a d e c a b i l l a s s e elonga c u a n d o e n e l c i c l o la carga se transfiere de la tubera i en la embolada ascendente. 1 8 [ to d e l a s a r t a d e c a b i l l a s qwiente. se a l a s
d e
bom-
cabillas
ouede c a l c u l a r
el e s t i r a m i e n si-
p o r m e d i o d e l a exoresin
oara s a r t a u n i f o r m e : 5.20 ER = x G x D >( A x L
----------------:---FI r x E (2-2)
P a r a e l c a s o d o n d e l a b o m b a s e e n c u e n t r e oor d e b a j o d e l n i ve1 d e f l u d o e n e l a n u l a r . E n e l caso d e b o m b e o comoleto. e n t o n c e s D = L sibn a n t e r i o r s e exoresa c o m o : 2 h x L P ------____________ 5.20 x G x A r XE (2-3)Y
LA
expre-
ER
=
Donde : G : G r a v e d a d esoecifica d e l f l u d o D: Profundidad del nivel de fluido de trabajo en pies
Lonqi tud de Area del
la
5 arta de c a b i l l a s . e n oulg.en 2
en
oies.
oi std3n .
At-ea
de
cah illa .
oulg.
2
Mbdulo
de e last icidad
(30X10
6
LPC ) . combinadas entonces: L +.....+L 1
Considerando. 5.20 x G
sarta de c a b i l l a s x A (L +
:
XL D ER = _______----------E
1 -1
2 -2
n -n
CI
A
A
(2-41
Donde : L.L 1 2 . . . . . . . . L Longitud de cada tramo de c a b i l l a s . oies. At-eaDUlg.
n
en
A.A 1 2
.* . . . . . . A
n
de
la cabilla
en
cada
tramo.
en
2.3.1.2.
ELONGACION
QE
LA
SFIRTA
DE
TUBERIh
La sarta de tubera. s i
est anclada,
su
elonqacih e s
i-
yUa1 a cero.longacin s e
Si e l
extremo de l a
tubera estA l i b r e .
su e -
c a l c u l a de manera idntica a l a s c a b i l l a s , e s
to es:SARTA DE TUBERIA UNIFORME
5.20 ET =
x
G
x
D
x
A0
x
L
-_- -----------------A t x E (2-S)
70
SQRTA DE TUBER 1 A C@IIB INADFI 52OxGxDxA ET = _----__-- ______: E (L -t A 1 corte transversal + L 2 - A 2 de la +.....+L n - n en ) (2-6)
A
Donde A : t
Area d e l 2 Pulq!.
tubera
L 1
. L 2
. . . . . . . L
n
Longitud de cada tramo de tubera. en mies.
2 . 3 . 1 . 3 . __-- _.__- - __._. SOBREVIhJES
E l desolazamiento d e l pistn o s o b r e v i a j e s e e n t i e n d e c o m o una funci6n d e l de la Deso m u e r t o de las la cabillas sarta de Y de l a carga ctara
Dar e f e c t o
aceleracibn d e
cabillas
c a l c u l a r e s t e t i o o d e d e s o l a r a m i e n t o s e o l a n t e a n v a r i o s rn& t o d o s deDendiendo d e l t i p o v la d e combinacibn d e c a b i l l a s es: 2 x S x (LxN) (2-7)
e>tDresihn Dara d e t e r m i n a r l o -11
ET
= 1 .93 x 10
Donde: ET: S L N E
Desolazamiento d e l de la barra la
oisth,
e n
Dulgadas
: Tiro :
Dulida. e n de
Dulgadas en oies
Longitud
de
sarta
cabillas.
: Velocidad de bombeo en SPM. : Mbdulo d e elasticidad.
E s t a exnresih t a m b i n se Duede f o r m u l a r c o m o :
71
-7
Eo =
4 0 . 8 Li& -- -------E
--
(pulg.)(2-B)
El valor de & Duede ser calculado por metro de la formula:
z o = SN---70500
(2-9)
o oor medio de la figura (2-14).
2 . 3 . 1 . 4 . METODOS P A R A CFSLCULAR L A EMBOLFIDCI E F E C T I V A
2.3.1.4.1.
METODO COBERLY
Este mtodo asume que los esfuerzos a lo largo de la sarta de cabillas en forma instantnea. se propagan y tro de la
e l
diame-
sarta es uniforme.
E n l a obtencion d e l a f o r m u l a (2-8) n o h a s i d o c o n s i d e r a d a
la geometra
de la unidad.
ni
la
existencia
de una sarta c o m p l e j a oara
t e l e s c b o i c a . oues
dicha formula
sera muy
propositos o r a c t i c o s .
fIlouno a u t o r e s
orefieren
usar
el
valor de 32.8 en
1 ugar
de 40.8 oor considerarlo ms empricamente correcto para u n a u n i d a d d e oromedio g e o m t r i c o . oero el u s o d e cualquie
72
ra d e d i c h a s c o n s t a n t e s
e n
l a
ecuacih (2-8)
dan valores diferencia
d e s o b r e v i a j e d e l niston o u e v a r a n e n u n 2 5 % .
a u e n o a f e c t a e n f o r m a c o n s i d e r a b l e e l cdlculo d e l a carre t-a neta del pistn.
Al reemolazar las ecuaciones (2-2). se obtiene: S S = D + 2 4 0 . 8 Ld 5.20GDA L ( 1 - A t
(2-5) Y (2-8) e
n
(2-l)
+
D __----- - - - - - - - - - E E
1 - A r
1 Pulp. (2-10)
Que
es l a
formula
oara c a l c u l a r
la
carrera
neta
del
piston
cuando se tiene una sarta de varillas uniforme. L a c a r r e r a n e t a d e l oiston c u a n d o s e pica. se d e t e r m i n a l a reemolazando l a s u s a u n a s a r t a telescb ecuaciones (2-4). (2-h)
Y (2-8) e n
ecuacibn (2-l). 2 Lo( -
S SD
+
40.8
=
- - - - - - E
D ____---_ E
5.20GDA
(L
+ - A t
L
1 - FI 1
+
L 2 - A 2 + . . . .DLI~cJ.
(2-11)
3ue es l a e c u a c i n d e M a r s h
Y
Coberly.
E n t o d o s l o s casos se c o n s i d e r a o u e e l m d u l o d e elasticijad del acero E = 3!1) x 10 PSI desde v la la tubera cabeza de produccion del oozo. E n el
;e e n c u e n t r a s u s p e n d i d a :aso d e oue s e
encuentra anclada es oue incluyen A t en las
n e c e s a r i o desoreciar ecuaciones C 2-11) Y
l o s terminos Z-10).
73
2.3.1.4.2.
METODO R I E N I E T S ____.-_ -----..----..
E s t e metodo s e f u n d a m e n t a
en
la
suoosicion
de
considerar
la sarta de cabillas como un resorte con un extremo fijo Y o t r o l i b r e oara v i b r a r .L a s r - e l a c i o n e s maternaticas oara c a l c u l a r e l desoIazamiento
d e l oiston s o n l a s s i g u i e n t e s :S 0 = s x cos 6 + OR -K 2WF --+ K E K (2-12,
En donde:
s :.o
E m b o l a d a e f e c t i v a . e n ~~10.
S: T i r o
de
l a b a r r a oulida. e n 0~10.
W F : P e s o f l u i d o s o h r e e l oiston. e n l i b r a s
8 : Anoulo d e f a s e . f i g u r a 2 - 10B : k: : Factor- de magnificencia. figura 2 - 9 Constante - Elasticidad de la sarta de cabilla
libras/auloadas. F : Carga F r i c c i o n a 1 d e l a s a r t a d e c a b i l l a s l i b r a s
Q : Carga t o t a l d i f e r e n c i a l e n l a b a r r a p u l i d a d e b i d o a c a rqa d e W fluido
Y l a aceler-acic!m d e l a s c a b i l l a s e n e l f l u i d o
r
= P e s o t o t a l d e l a s c a b i l l a s e n e l a i r e tlbs)(l+a(! + 2 w (2-131
Q = WF
r
A= SN2- 70500
(Factor
de
aceleracin)
WF = 0 , 4 J :T,
x
G
x
C!
?!
A
0
.
(L-14)
L a abcisa e n
las f
iquras 2 - 9
y
2-10 e s
R l a
cual
e5
una
[ r e l a c i n d e l o e r o d o d e f r e c u e n c i a d e vibracibn d e l a s caI [billas. esto es: R = Tl T2 (2-15)
Para todos
los
proohsitos orcticos. tl se c a l c u l a
por
me-
dio de la expresin: Tl= 4 x 17000 L (SEG)
(2-16)
En donde: t: L o n g i t u d d e l a s a r t a d e c a b i l l a . e n p i e s Tl: Perodo de vibraciones natural de la sarta de cabillas en Seos.
S e e n t i e n d e oor T 2 e l t i e m p o ciclo de bombeo. T2 = 60 - N
necesario para
completar un
(2-17)
Otro factor involucrado es el de amortiguacin de la sartar
de
cabillas
esto
es:
J=2
d 1
-
(Tl/tZ
12-18)
E l c u a l i n t e r v i e n e e n e l cAlcu10 d e B ( 7/2 4 ) + 2 J CTl/T2?
Bz; rI
1
-0.5
(2-19)
?5
Fig.2.9
0
---I
/= =-5 -_--. .-.
------ ------ --. _- -.1,---.-- -\\ _-_-- -3.-- -._? \\ --.. .1 -T-- \\ , -i 7 \ ?l? \ ;,1.0 1.2 1.4
0
0.2
---l --!l0.4
0.6
0.8
Rel.scidr-t di P e r i o d o ,
R = TI/Tz (Ref 12).
B = F-ac~:tnr d
e
tlagnif icencia
Fig.2.10-r---,r.? .--. -1-
_-_ --/ --. / ;n
I _..- -. . ..-- -
-:--
--.y-.
../
.-.-...t
1
-----. 1
/.
-2 /;: ~ J,.--I8 / / (-7j .--
--
--- -- f < KI : __--.- -- < D 2 __ _.-- u
7 - ---
_--- ..~
-
a r a c r u d o s Desadosipta a 1 . 0 .
-T
es awroximadamente igual a 2.0: B
La constante de e l a s t i c i d a d . [ :- t3or: , : SARTA UN1 FORME K =
K de
las
cabillas
5e c a l c u l a
0.0833 x E - - - - - - - - - L/A r ( 2-20 )
SCIRTA COMB 1 NADA
K =
0.0833 x E - - - - - - - - - - - - - - - - - - (L 1 - 1 = L 2 - 2 +.....+L n - - n ) (2-21)
FI
PI
cl
En donde: E: Fldulo d e e l a s t i c i d a d ( 30 x 10 LPC)
A: Area s e c c i o n a 1 d e l a s c a b i l l a s . e n p u l g a d a s ia c a r g a friccional. F ec; dificil5u
evaluacitin
en cru-
d o s l i v i a n o s s e desorecia.
2.3.1.4.3.
METODO L A N G E R Y LCSMBERGER
E s t e mPtodo t r a b a j a e n f o r m a d i r e c t a p a r a d e t e r m i n a r l a e m bolada efectiva del wistn. desplazamiento del sin considerar wor separado el la tubera Y
wisthn v l a
elongacibn d e
la sarta de cabillas. La exwresih u t i l i z a d a es la siguiente: ( 1 __ A r 1 ) __ 4 t
s =P
S ---------__ -----cos I 0 . 0 0 0 4 XLXN 1
-
WF x L -----___ 2 x 10
>:
_
(2-22)
2.3.1.4.4.
METODO API __.__. -__ ..-
El m t o d o API u s a d o e n e l p r e s e n t e t r a b a j o i n c l u y e p a r a e l cAlcu10 d eSD
una formula altamente simplificada p e r o b a s t a n t e SimDlificada bastante acertada para laY
Y
basada
e n la exDerienci.3.
basada en prac
la experiencia tica. SD
Y
aplicacin
Dicha formula es:
=
(SP
/
Si)
x
S
-
F Q
1 K
-t
(2-23)
Dnnde :
SD
= C a r r e t a n e t a d e l oiston d e l a b o m b a e n ocrlq.
S /Si = S e c a l c u l a a p a r t i r d e l a fiq. 3 - 5 0 S = C a r r e r a d e l vdstaqo p u l i d o e n oulgadas. F = Carga d i f e r e n c i a l
Cl
d e l fludo e n e l Area t o t a l d e l Dis-
tc5n. e n l i b r a s .J --
=
u t K
C o n s t a n t e PlAstica oara l a oorcion d e t u b e r a
n o
an-
clada Dulg./libras. d o n d e :r-eoresenta l a c a r q a e n
1 ibras r e q u e r i d a
para
alargar
t
una oulqada.
l a oor-cion d e t u b e r a n o a n c l a d a e n t r e e l an-
cla
Y
la bomba.
E x a m i n a n d o l a f o r m u l a ( 2-23) n o s d a r e m o s c u e n t a q u e l a c o n traccion d e l a t u b e r a c a u s a d a p o r l a t r a n s f e r e n c i a carqa d e fluido desde la de la
v=llvula v i a j e r a e s
restada del
~&lculo d e fon e l
la
carrera de
del
oist&.
valor
Dbtenerse a u e
a calcul ar 1 a produccick (Qj se puede S D d e Mar Coberlv Y A s o c i a d 05 sh oara e l m&todo
Q=K
S
NEy
BBLS
/
DIF,
( 2 - 24 )
: = C o n s t a n t e d e l a b o m b a e n B B L S / d a / Pulo / SPM :s = C a r r e r a n e t a d e l pistc5n. e n ~~11 gada 5 . N = V e l o c i d a d d e b o m b e o . e n SPHE = E f i c i e n c i a volumPtrica d e l a b o m b a e n % 9I
y API c a l c u l a en cambio el desolazamiento d e la
i fil m&todo : bomba como:
PD = 0.1166
SD
N
DL
BBLS/DIFI
(2-25)
Donde : 0.1166 = constante
S0
= Carrera neta del pistn. en pulgadas.
IU= V e l o c i d a d d e b o m b e o e n S P M D = Di6metro d e l oistbn d e l a b o m b a . e n p u l g a d a s . L a ecuacih (T-25) e valor s eauivalente a l a ecuacibn (2-24) Ya 2 O.llbhxD e s l a c o n s t a n t e K d e l a b o m b a .
Que e l
P a r a c a l c u l a r l a p r o d u c c i n a o b t e n e r s e , p o r m e d i o d e l m-
t o d o W I d e b e r multiolicarse a l cin 2-13.
valor
obtenido
en
la
ecus la5
e l v a l o r d e E,oue e s a s u m i d o e n funcich d e
c a r a c t e r i s i i c a s d e ooeracin.
: Ejemplo para desarrollar:
Nivel
fluido:
4000 o i e s de vlvula fija: 4500 oies
Profundidad Tubera Dihmetro d Sarta d e de e
oroduccin: 3- 1/2 oulq. oistch 2 - 1/4~ulq.
cabillas de
63.6% d e
719 +
36.4%~ulq.
de
1.0
Embolada
superficie:
107-3/4
V e l o c i d a d d e h o m h e o 6-1/2 S P M0
CIPI d e l c r u d o : 9
Si el potencial del da efectiva del
DOZO
es 450 BFPD. determine la embolav la capacidad de desplazamiento
pistn
del eouioo de subsuelo. Haga l a s recomendaciones pertinentes.
(1.3.4) 2 . 3 . 2 . D I S E O D E U N A SC\RTA D E C A B I L L A S
Para zar
determinar los
una
sarta
de
cabillas con
lo
primero
en
analias co
son
factores
que
influyen
mayor f u e r z a .
mo las partes del sistema de bombeo. subsueloY
incluyendo eouipos de ser de d i m e t r o u-
s u o e r f icie. u n
diseo
puede
01
niforme o c o m b i n a d o .
siendo
este
ltimo
elY
ms
utilizado.
oues u n d i s e o c o m b i n a d o e s m6s l i v i a n o
econbmico.
E s r e c o m e n d a b l e oara t o d o d i s e o
realizar
el
anlisis
de
e s f u e r z o s o o r e l diagrama d e G o o d m a n m o d i f i c a d o . p a r a c u a n tificar e l oorcentaje d e carqa d e c a d a s e c c i n d e l a s a r t a k B 1 e s t o s e v e r e n e l siguiente ounto.
Los diseos de
sartas de cabillas se encuentran tabulados Y dependen exclusivamente d e l didmetro funcio-
en el RPLLL. de FIP 1 .
d e l nist6n d e l a b o m b a d e s u b s u e l o . e s t o s
diseos
n a n b a j o e l orincioio d e iqualacih d e e s f u e r z o s e n e l tooe d e c a d a t r a m o d e c a b i l l a s .
E l or-oblema s e p r e s e n t a c u a n d o s e v a a i n s t a l a r e n u n pozo un diseno d i f e r e n t e a los ClPI. Cc5mo e v a l u a r105
esfuerzos?
D e o e n d i e n d o d e l tioo d e b o m b a . de la misma v determinar 1 a la oresic5n e n el
orofundidad cabezal del
de colocacinDOZO:
s e
Duede
lonai t u d ootima d e
cada tramo
de
cabillas basi-
c o n e s f u e r z o s i g u a l e s e n c a d a toae. s a d o e n oroces o d e ensaYo Quien tes asoectos:Y
Este mtodo est y considera l o s
error
A.- C o n s i d e r a l a qravedad
esoecfica d e l
f ludo p r e s e n t e
el
DDZC.
Profundidad
de asentamiento de la 2% de la
bomba
del subsue lo.total de
( e s t e oardmetro r e o r e s e n t a e l l a s a r t a d e c a d a IVU oies. )
l o n g it u d
E f e c t o d e sobrecarga d e l a oresi&? e n e l
cabezal.
L a s e c u a c i o n e s oue i n t e r v i e n e n e n e l d e s a r r o l l o d e l m t o d o son las s i g u i e n t e s . d e a c u e r d o a l a f icjcrra 2-11
. 1.
.
Ra
+
%Rb
+
%Rc
= 1 . 1:)
(2-26)
ii. E n l a seccion i n f e r i o r l a c a r g a s e d e t e r m i n a o o r :Wa=WD
+
111.a
x
%
Ra
x
L)
(2-27)
El
esfuerzo Carga
ser&: E a
= Wa/Aa(blD=Wf)
wo :
sobre
el o i s t n
i i i . E n l a secci8n i n t e r m e d i a d e c a r g a v i e n e d a d a o o r :Mb = Wa + (Nb x % Rb 2: LI (2-28) vie-
iv.
En la seccin suoeriro la carga y el esfuerzo. nen dados oor: WC Ec = = Wb + klcWC/kC
(
XRc
Y L
(2-29)
E n t o n c e s igual a n d o l o s e s f u e r z o s e n c a d a
tooe de cabillas
se tiene:
f3
F 1 G U f? A 2-4
7
T Rc /
McAC
Rb
Mb
Ab
L
! Rd
!
=
Eb Wb - Ab
(EI) (el!
YY
Ea Wd -Aa
= =
Ec WC -Ac
( (
b b
1 1
=
.erminacibn las
de los
porcentaj e s d ec a d a secc i o n
de la
ecuaci one5 oue
intervi enen s e d educen d e
ouiente:Para una sarta doble: Ea = Eb ---------, ---------, Wa -Aa = Wb -Ab ( 2-30, \
D e s p e j a n d o %RB
Y
luego
susti tuyendo l a s
c a r p a s W b y W a oor
s u s e c u a c i o n e s correoondientes
resulta:
(WP + PIA >! RF, x L) (Ab/Aa - 1) % RB = _____________-_-____-----------------
(2-32)
Mb
x
L
Entonces el procedimiento de ensayo y error es el te: Se asume el valor cualouiera
siouien-
de
%Ra
(Ej.
% Ra = 0.25)
y se calcula %Rb.
luego
por diferencia
Rac = 1 - %Rb s e d e
termina un valor de 5: Ra calculado
y se compara con el va-
lor va
asumido de %Ra.
Si son diferentes entonces. en la nue valor calculadoY
iteracin
el
de
%Ra s u s t i t u y e
al
valor
a s u m i d o e n el ,cin h a s t a
paso anterior
se
iniciaY
de
n u e v o la sean
itera-
oue
el
valor
asumido
calculado
iguales.
En ese momento
se obtiene el porcentaje
de cada cabilla.
,con e s f u e r z o 5 i g u a l e s
en cada tooe.
IPara u n a srt aEa = Eb = Ec Wa--
slmDle:%Ra Wd -Aa + = XRb WC -AC
:
+
%Rc
=
1.
Wb-Y
Cla
Ab
Susti tuyendo l o s v a l o r e s d e W a . W b/ anteriores : se o b t i e n e nY
Y
WC en
las ecuac iones f uncic3n de %Ra.
desoejando %Rb Y %Rc c o m o u n a
l a s siouientes e x p r e s i o n e s :Gb - -1 .
+ ( &JP MA x %Ra x L) ( Aa ! % RB = - - - - - -------------__----_-----------Plb x L
(2-33,
kr - %Rc = ( (Wn + Pta x %Ra x L I v. Aa
-1) )
-
Mb x XRb
x L (Z-34)
En la
t a b l a (IV-8) se e n c u e n t r a n t a b u l a d o s
los valores de
R Dara t o d a s
las orobalbes combinaciones de tamaos de va-
rillas.
E s n e c e s a r i o cheauear l a tensih m x i m a c o n l a tensibn dis
ponible de las varillas ser usadas.dio ta del oue
e s t o se h a c e Dar m e -
clc~tlo d e l a mdxima tensibn e n e l tooe d e l a sares la caraa mAxima e n
e l v6staqo culido d i v i d i d o oa
r a e l B r - e a t r a n s v e r s a l d e l a s e c c i o n t o p e d e l a s ,varillas:d i c h a t e n s i o n sera tambien l a t e n s i o n maxima o u e nrobablem e n t e s e e n c o n t r a r e n cualouier p u n t o b a j o e l t o o e .
ka t a b l a I V - 1 0 .a u s a r - s e e n e l metodo API Dresenta l a sferentes combinacionesY
d i -
oorcentajes d e c a d a s e c c i o n d e v a
rillas d e
una
s a r t a kelescoica o u e s e Dueden u t i l i z a r e nDistn e s c o g i d o .
funcion d e l
diametro d e l
2.3.3.
Af&lALISIS DE ESFUERZOS
(4)
El metodo
m6s e f e c t i v o
oara
evaluar las
cargas sobre la
sarta de cabi 1 las. ficado.
se basa en el diagrama de Goodman modi-
va a u e c o n s i d e r a e n s u a n l i s i s l o s r a n g o s Y m x i -
m o s e s f u e r z o s Dermisibles ( v e r fio. Z-12)
E l oroceso d e evaluacibn ordfica d e u n a es el siguiente: ( v e r fio. Z-131
sarta de cabillas
Ejemolo:
Caroa Mxima :
27060 libras 9020 l i b r a s 718 C l a s e Dcabioor l a
Carga Mnima :Cabilla :
Paso 1:
Determinar la
r e s i s t e n c i a m n i m a . T. d e l a establecida
lla utilizada.
La resistencia mnima
?7
F 1 G U R A 2-Q
DIAGRAMA DE GOODMAN
Ep 435Tt 05625 Enrin) AEp= Ep - EninDONDE: AEp= RANGO DEESFWERZO
MNIMO f?GwtSl~E:
FIPI .
e5 l a
siouiente: RESISTENCIA A L A TENSION 90.0@0 (1PC)
CAB 1 LL AGRADO API C
D K
115.00085.000
Paso 2:
En
oa~el
m i l i m e t r a d o s e t r a z a u n a l n e a a 450. d o n ranao d e esfuerzo En la o r -
de se establece el lmite inferior del permisible.
o sea la lnea de esfuerzo mnimo.
d e n a d a s e d i s t r i b u y e u n a e s c a l a a d e c u a d a . oara r e o r e s e n t a r los esfuerzos. en LFC.
Paso 3:
Usando la escala de esfuerzos marque el punto ----
T/1.75 e n l a l i n e a d e 4 5 0 ( e s f u e r z o m n i m o ) .
Paso 4: una
E n e l e j e v e r t i c a l l o c a l i z a r e l ounto entre
Ti4
Y trace
lnea
l o s ountos T/4
Y
T/1.75.
Esta
linea defi-
n e e l e s f u e r z o maximo o e r m i s i b l e . e n e s t e d e s e r ,vicio i a u a l a u n o .
caso con factor
Paso 5:
klaroue e l e s f u e r z o
mnimo esto es:
EIIIN = Caroa m n i m a / r e a d e l a c a b i l l a P a r a e s t e ejemolo e s 1 5 0 0 0 L P C . Paso 6: E l maximo e s f u e r z o s e o b t i e n e a l trazar vertical-
mente desde el zo mximo.
ounto ENIN h a s t a c o r t a r l a l n e a d e e s f u e r -
F 1 G U R A
&.13
paso 2)
uerzo
( paso 6
Paso 7:
Ubioue
e 1 e s f u e r z o mbximo c a l c u l a d o o m e d i d o e n l aD~SO
: vertical trazada en el
anterior.
S i
sobreoasa a l
l 50-
n e a d e e s f u e r z o mAximo imolica sue l a s c a b i l l a s est$n brecarqadas. e l p o r c e n t a j e d e sobrecarga s e d e t e r m i n a m6ximo p e r m i s i b l eY
d i -
vidiendo el esfuerzo m&ximo o calculado
entre el esfuerzo oor c i e n si cae
luego s e
multiplica
p o r d e b a j o d e l a l n e a d e e s f u e r z o m x i m o o e r m i s i b l e indib $ ca oue la cabilla estA e n el ranoo d e ooeracin dotimo.
E j e m p l o Dara d e s