Bombeo mecnico y bombas reciprocantes

Bombeo mecnico y bombas reciprocantesIng. Yamil Eid M.Consideraciones generalesEl sistema bombeo mecnico consiste esencialmente en cinco partes:

La bomba de succin de subsuelo, impulsada por barra.La cadena de succin con barra, la cual transmite el movimiento de bombeo superficial y la energa a la bomba de subsuelo.El equipo de bombeo de superficie, el cual convierte el movimiento rotatorio del motor primario a un movimiento de bombeo oscilatorio lineal.La unidad de transmisin de energa o reductor de velocidad.El motor primario, el cual provee la energa necesaria al sistema.

La cantidad mnima de informacin que debe ser conocida o asumida, para determinar cargas aproximadas y desplazamientos para el diseo de la unidad de bombeo de succin con barra es:Nivel de fluidoProfundidad de la bombaVelocidad por minuto en stroke (carrera) por minutoLongitud de superficie de carreraDimetro de embolo de bombeoGravedad especifica del fluidoDimetro nominal del tubing y si esta anclado o no.Diseo y dimensionamiento de la barra de succinGeometra de la unidad

Con la informacin necesaria, el diseo puede calcular con algunos grados de confiabilidad, los siguientes datos:La carrera del mboloEl desplazamiento de la bombaLa carga pico de la barra emboladaEl esfuerzo de torsin mximo los HP de la barra emboladosContrapeso requeridoBombas de succin de barra de subsueloLa clasificacin estndar de varias combinaciones se encuentran en las practicas recomendadas de la API -11AR.

Seleccin del tamao de bombaDesplazamiento terico de la bomba

El desplazamiento terico de la bomba esta dado por el tamao del embolo y por la combinacin dada de la velocidad de bombeo y por la carrera, puede determinarse como:

Sistema ingles

Donde:

La efectividad de la carrera del embolo es aproximadamente el 80% de la carrera de superficie, por eso la ecuacin puede ser reescrita como:

Sistema ingles

Donde S es la carrera en superficie en pulgadas

Sistema internacional

Donde S es la carrera en superficie en metros

Dimensionamiento recomendado de embolo

Problema N1Una bomba se va a ubicar a un nivel de fluido de trabajo a 4 000 [ft]. Se desea un valor de 400 bbl/da en superficie. Velocidades de bombeomaximizar la vida de la barra de succin viene de minimizar las velocidades de bombeo, porque una carga mxima, rango de carga y la velocidad de bombeo son directamente proporcionales. Elegir una carrera y una velocidad lenta como la unidad y el motor primario permite la produccin deseada.

Se puede determinar la velocidad permisible mediante una grafica basada en una cada libre de barra mxima del 70 %.

Barra de bombeoLa barra de bombeo es un sistema vibratorio que transmite la energa de los equipos de superficie a la bomba de subsuelo. La seleccin de la barra de bombeo depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operacin. Para pozos con profundidades mayores a 3500 ft, es una practica comn usar una barra cnica que consiste en diferentes longitudes de diferentes tamaos de barras.

Propiedades mecnicasLa clasificacin de la API de propiedades mecnicas es:

Factores de servicioEl estrs mximo permitido de una barra de bombeo depende del servicio. Consecuentemente un factor de servicio debe ser aplicado.

Datos de barra de bombeoLas barras de bombeo son surtidas segn las siguientes caractersticas:

Carga mxima de barraPara estimar la carga mxima se utiliza la siguiente formula:

Sistema ingles

Sistema internacional

Donde:

Carga mnima descendenteRango de carga, siendo el nico factor indeterminado de tres factores que controlan la vida de la barra de bombeo, debe ser calculado. Asumiendo un movimiento simple y harmnico y substrayendo el factor de aceleracin que fue aplicado en la carrera ascendente y la fuerza de sostn en la barra, se puede aproximar de manera tosca con:Carga mnima descendenteSistema ingles

Sistema internacional

Donde:

Efectos de la carga mxima, mnima y la velocidadLos tres factores en la vida de la barra de bombeo, relacionados como estn, deben estar definidos por limites para realizar los clculos precedentes.La carga mxima y el rango de carga esta conectado a travs de la aplicacin de los valores del mximo trabajo de carga a condiciones promedio y la experiencia.

Seleccin de Juntas Un paso muy importante es la seleccin de juntas. Las practicas recomendadas por la API listan las juntas segn el valor de torque

Unidades de bombeoTipos

Todas la unidades de bombeo mecnico geomtricamente caen en dos grupos:

La clase I, sistema de palanca, con geometra de empuje hacia arriba, reductor de velocidad montado al frente, el cual es representado por una unidad convencional. Es la unidad mas comn.

La clase III, con geometra con empuje hacia arriba con reductor de velocidad montado al frente, el cual esta representado por un balanza de aire, y unidades de Lufkin Mark II, donde el punto de apoyo de la palanca esta ubicado en la parte trasera de la barra.

Caractersticas de desempeo cualitativo de los diferentes tipos de unidades

Seleccin La seleccin del tamao apropiado y el tipo de unidad de bombeo, esta basada en las condiciones de pozo y requerimientos de produccin.

El tamao de la unidad de bombeo esta especificada por el rango de torque del reductor, la longitud de carrera y la capacidad de la barra.

carga de la varilla pulida

Donde:

Contrabalancee (CB)

Torque pico (PT)

Donde:

Energa promedio de entradaSistema ingles

Sistema internacional

Donde:

Energa de entrada del motor primario

Sistema ingles

Sistema internacional

Unidad de carrera largaLa unidad de bombeo de carrera larga esta en la forma de una columna cilndrica o de una torre cuadrada con dos poleas. La parra pulida cuelga de dos cables. Los cables estn enrollados alrededor de la batera de un malacate y opuesto a dos cables, los cuales soportan el balanceo de contrapeso. Todo se mueve por un motor que siempre va en la misma direccin a una velocidad constante y dirige a un motor hidrulico conectado con la batera del malacate por un desplazamiento variable de bombeo. Un mecanismo de inversin alimentado por malacate automtico que gatilla la direccin en la cual el malacate rota hacia la barra pulida en tope y punto muerto en el fondo.

El rango de bombeo puede ser de 0 a 5 strokes po minuto

Unidad de bombeo de gatoLa unidad de bombeo de gato, utiliza un gato hidrulico para mover la varilla. Consiste en un gato y un pistn conectados a la varilla pulida y al selector de carrera en el eje del pozo. El gato esta conectado a la unidad de alta presin de mangueras con: Motor elctricoUna bomba hidrulica con selector de rango de bombeoUna vlvula de distribucin con operador piloto para transferir el crudo de un lado del pistn a otro.Un tanque de crudo accesible por una vlvula ponderada para el retorno.Un acumulador de presin que acta como contrapeso: durante la carrera de subida que aade su efecto a la bomba hidrulica y se infla de vuelta por la bomba durante la carrera de bajada.

Gracias por su atencin