BOMBEO+MECÁNICO
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Bombeo MecánicoReciprocanteOCTUBRE 2010
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FACTORES PARA ELEGIR UN SAP
Propiedades de los fluidos
Estado mecánico del pozo
Pruebas de producción
Aforos y/o condiciones de operación
Registros de presión/temperatura
Disponibilidad de la fuente de energía
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FACTORES PARA ELEGIR UN SAP
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Existen diferentes sistemasartificiales entre ellos el bombeomecánico reciprocante.
Su función es extraer fluidos
mediante un movimiento ascendente-descendente, que se transmite pormedio de la sarta de varillas a labomba colocada dentro de la TP enel fondo, cerca del yacimiento.
Los fluidos que se acumulan en la TRllegan a la superficie a través de laTP.
Varillas desucción
Cabezal
Bombasubsuperficial
UBM
Bombeo Mecánico Reciprocante
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Varillas desucción
Cabezal
Bombasubsuperficial
UBM
Unidad de Bombeo Superficial.
Motor y Reductor de engranes.
Cabezal y Conexiones Superficiales.
Sarta de Varillas.
Bomba Reciprocante.
Componentes Principales
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Un bajo índice de productividad.
Que no haya producción de arena, si la hay que sea muy baja.
Que exista una presión de fondo fluyendo suficiente para que losfluidos alcancen un nivel estático en el pozo.
Que no haya depósito de parafinas.
Que la Pwf > Pb a la profundidad de colocación de la bomba.
APLICACIÓN
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SUPERFICIAL Motor Reductor de engranes Unidad de bombeo
superficialCabezal y conexiones
superficiales
SUBSUPERFICIAL Bomba Sarta de varillas
EQUIPO
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MOTOR ELÉCTRICO Bajo costo inicial. Menor costo demantenimiento Facilidad para ajuste
en un sistema de
automatización
MOTOR DE COMBUSTIÓN Control de velocidad más
flexible. Menor costo de
combustible.
Tipo de Motores
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Función: Reducir la velocidad del motor principal a una velocidad debombeo adecuada.
Su flecha esta sujeta a una torsión máxima (Selección de equipo)
La unidad de bombeo superficial recibe la potencia del motorprincipal a través de bandas.
Reductor de Engranes
TORSION: Deformación de un cuerpo sólido, que es producida cuando parte de la tubería
gira en una dirección y la otra parte permanece estática o gira en la otra dirección
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FUNCIONES:
Transfiere la energía del motorprincipal a la sarta de varillas.
Convierte el movimiento
rotatorio del motor a unoreciprocante u oscilatorio. Reduce la velocidad del motor a
una velocidad adecuada debombeo
Mantiene la verticalidad de lavarilla pulida.
Unidad de Bombeo Superficial
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Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBM’s,su función es convertir el movimiento rotativo de unmotor en un movimiento reciprocante.
Existen diferentes tipos de unidades de BM, entreotras : la de balancín (BIMBA), la Hidroneumática debombeo reciprocante (TIEBEN) y la de carrera larga(ROTAFLEX).
En una Bimba el motor medianteel reductor de engranes hacegirar las manivelas y que a su vezmueven el balancín.
En una UBH el motor mueve unabomba hidráulica para que
mediante el sistema hidráulico semuevan en forma reciprocanteunos cilindros (gatos hidráulicos)
Unidades de Bombeo Mecánico Superficial
El BM de carrera larga se aplicaa pozos de alta capacidad deproducción o profundos, emplea undiseño completamente mecánico conuna cadena.
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El peso de la sarta de varillas, la bomba yde la columna de fluidos desequilibran lafuerza necesaria para el movimientoreciprocante, es decir, se requiere muchafuerza para levantar el aparejo, y solo lagravedad para bajar.
Para disminuir este esfuerzo, el peso delaparejo se equilibra o balancea con masasde acero (contrapesos), en el caso de labimba y en el caso de la UBH con la fuerzaque proporciona el nitrógeno a presión.
Una vez balanceado, solo es necesaria pocafuerza para subir y bajar la bomba en elfondo, esto reduce por mucho el consumode energía necesaria, de ahí la importancia
de un buen balanceo.
Unidades de Bombeo Mecánico
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En el cabezal del pozo seutilizan válvulas para el
control y manejo de losfluidos, así comoaccesorios para laoperación del equipo debombeo mecánico y el
aparejo de producción.
Cabezal y Conexiones Superficiales
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- CLASE I Unidad Convencional
- CLASE III Aerobalanceada y MARK II
Geometría de las Unidades (BIMBA)
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VENTAJAS Tiene bajo costo de
mantenimiento Costos menores que otro tipo
de unidades.
Es usualmente mejor convarillas de fibra de vidrio. Puede girar en el sentido de las
manecillas del reloj y contrario. Puede bombear más rápido que
la Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo
que la Mark II.
DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no es
tan eficiente como la Mark II. Puede requerir una caja de
velocidades mayor que otrotipo de unidades(especialmente con varillas deacero).
Unidad Convencional
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Compensador
Cable Colgador
Guarda Bandas
(Tolva)
Contra Peso
Reductor de Engranes
Freno
Muñón
Brazo Pitman
(Bielas)
Patín
Escalera
Poste Sampson
Motor Principal
Cable del Freno
Palanca delFreno
Balancín
Cabeza deCaballo
Manivela
Cojinete Central
Barra Portadora
o elevador
Varilla Pulida
Fig. 28 Unidad de Bombeo Mecánico Convenciona
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VENTAJAS Tiene bajo torque en muchos
casos (con varillas de acero). Puede bajar costo (5 a 10 %)
comparada con el siguientetamaño de la unidadconvencional.
DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no
puede bombear tan rápidocomo la Convencional, porquepuede causar problemas defallas en las varillas.
Puede girar solamente ensentido contrario a lasmanecillas del reloj.
Puede causar más daño a lasvarillas y bomba en caso de
fluido pesado. Puede someter a la sarta de
varillas en el fondo del pozo asevera compresión que puedecausar fallas por pandeo.
Unidad Mark II
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VENTAJAS Es más compacta y más fácil
para balancear que otras
unidades. Los costos de transportaciónson menores que otrasunidades.
Puede girar en el sentido delas manecillas del reloj o
sentido contrario.
DESVENTAJAS Es más complicada y requiere
mayor mantenimiento
(compresor de aire, cilindro deaire). La condensación de agua en el
cilindro puede causarproblemas.
La caja de velocidades puede
ser dañada si el cilindro pierdepresión de aire.
Unidad Aerobalanceada
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TAREA 13- Resumen artículo
Effects of Subsurface Pump Size and Setting Depth on
Performance of Sucker Rod Artificial Lift-A Simulation
Approach.SPE 120681
April 2009
EQUIPO No. 1 – 5 Octubre 2010
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API ha desarrollado un método estándar para identificar y describir lasunidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100
TIPO DE UNIDAD:C CONVENCIONAL M MARK IIA AEROBALANCEADA
TORSIÓN MÁXIMA QUEPUEDE TOLERAR LA FLECHADEL REDUCTOR DEENGRANES EXPRESADA
EN 10³ (pg.lb)
LA LETRA D INDICAQUE TIENE UNDOBLE REDUCTORDE ENGRANES.
CARGA MÁXIMAQUE SOPORTA LAVARILLA PULIDA
EXPRESADA EN10² (lb).
MÁXIMALONGITUD DECARRERA DE LA
VARILLA PULIDAEXPRESADA (pg)
Designación de Unidades (BIMBA)
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Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equiposuperficial.
En un momento del ciclo las cargas que soporta son:
Peso del fluido Peso de las varillas Cargas de aceleración Carga por vibración Fuerza de flotación Fuerzas de fricción
Varilla Pulida
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Función Reducir la torsión en el reductor
de engranes. Reducir el tamaño del motor
principal (hp´s). El efecto de contrabalanceopuede obtenerse colocando
contrapesos en el balancín, bielao manivela.
El contrapeso tiene un pesoaproximadamente igual al pesode las varillas (Wr) más lamitad del peso del fluido (Wf).
Contrabalanceos de la Unidad
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Unidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzasde flotación, inercia y dinámicas. Wr = 10,000 lbs. y Wf = 4,000 lbs.
UNIDAD SINCONTRABALANCEO
UNIDAD CONCONTRABALANCEO
Carrera ascendente(Wr+Wf) – 0 = 14000 lbs.
Carrera descendente(-Wr+ 0 ) = -10000 lbs.
Carrera ascendente(Wr+Wf) – 12000 = 2000 lbs.
Carrera descendente(-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.
Ejemplo
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FunciónDesplazar los fluidos del yacimientodesde el fondo del pozo hasta lasuperficie por el interior de la tubería
de producción. Componentes1) Barril de trabajo/camisa dela bomba2) Émbolo o pistón
3) Válvula viajera4) Válvula de pie o estacionaria
Bomba Subsuperficial
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Válvula
viajera
Válvula
estacionaria
Émbolo
Cilindrode trabajoy camisa
Partes de la Bomba Subsuperficial
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Partes de la Bomba Subsuperficial
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A) Bomba de inserción. Se puede conectar a la sarta de varillas sinsacar la T.P. a la superficie, sólo se saca la sarta de varillas.
B) Bomba de tubería de revestimiento. Es una versión de la anterior
sólo que esta se ancla en la T.R. Manejan grandes volúmenes enpozos someros y de bajo IPR.
C) Bomba de tubería de producción. La diferencia con la de inserción esla forma en como se coloca la camisa de la bomba. Este vaconectado en el extremo inferior de la T.P. y se introduce al
pozo como parte de la sarta de producción.
Clasificación de las Bombas
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Materiales usadosCamisa/Barril Acero aleación
Bronce Hi-brin Nitreline Hi-hard Krom-i-dee Silverine
Pistón Acero aleación Bronce
Co-hard Superhard Cromado
Válvulas Stellita C.T.
Varillas Acero aleaciones Mg, si, ni, vn, cu, br, cr,
mo Fibra de vidrio
l l
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Nomenclatura API para labomba
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Está compuesta de dos partes principales: elémbolo y el barril ; con sus válvulas.
Ciclo de bombeo:1. Émbolo hacia abajo cerca del final de la
carrera, el fluido pasa a través del laválvula viajera , el peso de la columna es
soportado en la válvula de pie.2. Émbolo hacia arriba arrastrando losfluidos arriba de la válvula viajera, laválvula de pie admite fluidos del
yacimiento.3. Émbolo hacia arriba cerca del fin de la
carrera, válvula de pie abierta y viajera
cerrada.4. Émbolo hacia abajo, válvula de piecerrada por la compresión, la válvulaviajera se abre por el mismo efecto.
La Bomba Reciprocante
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Válvula
viajera
Válvula
estacionaria
Émbolo
Tubería de producción
Varillas de
succión
Cilindrode trabajoy camisa
(a) (b) (c) (d)
Ciclo de Bombeo Mecánico
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(a) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.
(b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.
(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.
(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.
Ciclo de Bombeo Mecánico
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Sarta de Varillas
La sarta de varillas de succión es un sistemavibratorio complejo mediante el cual el equiposuperficial transmite energía o movimiento a labomba subsuperficial.
La selección de la sarta de varillas depende dela profundidad del pozo y las condiciones deoperación de este.
Su diseño consiste en seleccionar la sarta másligera y por lo tanto más económica, sinexceder el esfuerzo de trabajo de las propiasvarillas.
El esfuerzo de trabajo depende de lacomposición química de las varillas,propiedades mecánicas y fluido bombeado.
Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.
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Ejemplo: Varilla API No. 86
86
8/8 (1”)
7/8”
6/8” (3/4”)
Número de Varilla API
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Clases de varilla
Clase KResistente a corrosión
Clase CResistente a corrosión, trabajo pesado
Clase DTrabajo extra pesado sin H2S
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Ventajas BM
Varillas desucción
Cabezal
Bombasubsuperficial
UBM Tiene buena eficiencia.
Permite la optimización y el control.
Bajo costo de mantenimiento. Pueden emplearse materiales paradisminuir los problemas de corrosión.
Es flexible - permite ajustar la
producción a través de la longitud de lacarrera y la velocidad de bombeo.
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Presenta desgaste en las varillas y en laTP en pozos desviados.
No aplicable cuando se tienen altas
relaciones Gas-Aceite. Su eficiencia decrece con la profundidad.
Por las dimensiones y aspecto de launidad superficial afecta la estética y elambiente.
Limitaciones BM
Varillas desucción
Cabezal
Bombasubsuperficial
UBM
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Rango Tipico Máximo*
Profundidad 100 - 11,000’ TVD 16,000’ TVD
Volumen 5 - 1500 BPD 5000 BPD
Temperatura 100°- 350°F 550°F
Desviación 0 - 20° 0 - 90°
<15° /100’
Corrosión Bueno a Excelentecon materiales especiales
Manejo de Gas Aceptable a Bueno
Manejo de Solidos Aceptable a Bueno
Densidad Fluido >8°API
Tipo de motor Gas o Electrico
Aplicaciones Marinas Limitada
Eficiencia Sistema 45%-60%
Rango de Aplicación BM
Varillas desucción
Cabezal
Bombasubsuperficial
UBM
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MÉTODO DE
DISEÑO API
RP11L
M TODO DE DISE O
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M TODO DE DISE OAPI RP11L
SUPOSICIONES
1. Bombeo con 100 % de líquido.
2. Solamente varillas de acero.
3. Unidad de bombeo convencional.
4. Bajo resbalamiento del motor principal.
5. Unidad perfectamente balanceada.
MÉTODO DE DISEÑO
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MÉTODO DE DISEÑOAPI RP11L
SUPOSICIONES
6. Fricción normal en el fondo del pozo.
7. No considera efectos de aceleración del fluido.
8. Tubería anclada o desanclada.
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NOMENCLATURA
H = Nivel de fluido
L = Profundidad de la bomba; distancia de la superficie alasiento niple/zapata.
N = Velocidad de bombeo; (S.P.M.) número de carreras porminuto completas.
S = Longitud de carrera; distancia del movimiento de la varillapulida del tope al fondo de la carrera.
D = Diámetro del émbolo en la bomba subsuperficial (pg.).
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NOMENCLATURA
G = Gravedad específica de los fluidos combinados en el pozo.
Wr = Peso de la sarta de varillas de succión en el aire
Er = Constante de elasticidad de la tubería.
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Fo = Carga estática de fluido sobre el área total delémbolo multiplicado por el nivel del fluido.
Kr = Constante de elasticidad que representa la cargaen libras para alargar la sarta de varillas.
1/Kr = Constante de elasticidad para el total de lasarta de varillas.
Skr = Libras de carga necesarias para alargar el total
de la sarta de varillas en una cantidad igual a lacarrera de la varilla pulida.
NOMENCLATURA
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Fo/Skr = Alargamiento dimensional de varilla; que es elalargamiento causado por la aplicación estática de la carga defluido.
N/No = Carreras por minuto de la unidad de bombeo; divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillas notelescopiada.
NOMENCLATURA
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N/Nó = carreras por minuto de la unidad de bombeo divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillastelescopiadas.
Kt = Constante de elasticidad que representa la carga en librasrequerida para dilatar la longitud total de la tubería=1pg.
1/Kt = Constante de elasticidad de la longitud total de latubería; (0) si es anclada.
NOMENCLATURA
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Sp/S = Porcentaje de la carrera subsuperficial del
émbolo/carrera de la varilla pulida.
Sp = Carrera efectiva de la bomba (pg.).
PD = Desplazamiento total de la bomba a 100 %.
W = Peso total de las varillas en el aire.
NOMENCLATURA
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Wrf = Peso total de las varillas en el fluido.
Wrf/Skr = Porcentaje del peso de las varillas en el
fluido; para la carga necesaria para dilatar las varillas, una cantidad igual a la carrera de la varilla
pulida.
NOMENCLATURA
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PPRL = Carga máxima de la varilla pulida.
MPRL = Carga mínima de la varilla pulida.
PT = Torque máximo en la caja de engranes de la unidad.
PRHP = Potencia en la varilla pulida.
CBE = Efecto de contrabalanceo.
NOMENCLATURA
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EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODOAPI RP11L
Tablas y graficas
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Unidades
Hidroneumáticas de Bombeo Reciprocante(UBH)
TIEBEN
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Hasta los años noventa la operación de los equiposde bombeo mecánico se consideraban los máseficientes, utilizando las unidades de bombeoConvencional, Aerobalanceada y la Mark II. Cuando
llegó a México una nueva unidad llamada TIEBEN, enel campo Poza Rica se llevo a cabo una prueba pilotoen el año de 1995 en el pozo Poza Rica 329 donde seevaluó la eficiencia de la nueva unidad
Hidroneumática mejor conocida como “Tieben”, quetan buenos resultados había tenido en el campoÉbano.
ANTECEDENTES HISTORICOS.
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Producción de aceite por tipo de unidad
Unidades Convencionales Unidades Tieben
• 6288 BPD • 7862 BPD
156 Unidades
AIPRA 2005
103 Unidades
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Tipos de Unidades
Las unidades de bombeo Hidroneumáticas se clasifican de acuerdo altipo de motor, montaje y carrera con el que pueden operar.
Tipo de Montaje• Pedestal (P)• Directo (DM)
Carrera• 60 pg (1.52 m)• 120 pg (3.04 m)• 180 pg (4.57 m)
Motor• Eléctrico (E)• Combustión (G)
Por lo que se tienen:
• EP-60, GP-60, EDM-60 y GDM-60• EP-120, GP-120, EDM-120 y GDM-120• EDM-180 y GDM-180
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Se compone de dos sistemas básicos:
• Sistema Hidráulico.- Este sistema proporciona el
movimiento necesario, ascendente y descendente, parael funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Consta deun Cilindro Hidráulico de efecto doble, una Válvula deControl Direccional de cuatro vías y una Bomba Maestra de
Engranes (bomba hidráulica).
Principio de Operación
(VER VIDEO)
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• Sistema de BalanceoHidroneumático.-Contrabalancea el pesode la sarta de varillas y
consta de un Cilindro
Hidráulico de efecto simple
(acumulador), un paquete
de Tanques de Nitrógenoy una Bomba Auxiliar de
Engranajes.
Principio de Operación
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Esquemático
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Partes esenciales de la UBH reciprocante
Pedestal
• Cilindro(acumulador ymotriz.)
•Válvula check.•Arreglo unión.•Sensores.• Pedestal.• Plato.
• Conexiones.
Paquete motriz
•Válvula direccional.• Controlador deválvula direccional.
•Manifold.•Bomba maestra.•Bomba auxiliar.•Tanque piloto.•Tablero.•Deposito de Aceite.•Acumulador denitrógeno
•Tanquesalmacenadores denitrógeno.
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Unidad TIEBEN
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VENTAJAS DE LA UNIDAD DEBOMBEO HIDRONEUMATICO
SOBRE LA UNIDADCONVENCIONAL.
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• COSTO DE ADQUISICION. Se tienen ahorros de hasta el 50%debido a que la unidad TIEBEN viene completamente lista paraser instalada, a diferencia del convencional que requiere de la
adquisición del motor, las bandas de transmisión, principalmente yde una tardada y costosa base de concreto.
• CONSUMO DE ENERGIA. Se tiene consumos menores al 30%del consumo de las unidades convencionales.
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• TIPO DE MOTOR. Puede utilizar motor eléctrico, de combustióninterna diesel o de gas, ya sea gas LP de un tanque estacionario ogas liberado en el espacio anular. Congruente con el consumo deenergía, para un mismo pozo, para una unidad TIEBEN lleva unaventaja en el requerimiento de potencia, al ser comparada con una
unidad convencional de aproximadamente 30%.
• COSTOS DE REPARACION. Se tienen ahorros del orden del500%. Por ejemplo, lo mas caro por reparar en una unidadconvencional es el reductor de engranes, con un costo de +/-
$246,000; en una TIEBEN, lo mas caro por reparar es el cilindro(cambio de todos los sellos y empaques) con un costo de +/-$8,000.
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• TRANSPORTACION E INSTALACION. Mayor facilidad detransportación, instalación y operación. La unidad TIEBEN setransporta en un remolque ligero jalado por una camionetaPick-Up, se instala y se pone en operación en menos de tres
horas. Puede ser instalada incluso por un simple camión conmalacate y pluma. La unidad TIEBEN no requiere base deconcreto. Como comparación para transportar una unidadconvencional se requieren camiones de plataformas y grúas de15 toneladas. Además del periodo de acondicionamiento de lalocalización y construcción de dicha base.
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• EFICIENCIA DE BOMBEO. Con la unidad de bombeoTIEBEN es posible trabajar a bajas velocidades de
bombeo, lo cual permite un mejor llenado del barril de labomba, reduce el golpeteo del fluido, el desgaste de la varillas
y el equipo superficial.
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• PRODUCCIÓN DIFERIDA. El tiempo en operación es unagran ventaja de la unidad TIEBEN, pues la reparación de
cualquier parte de la unidad es bastante rápida y
requiere poco refaccionamiento. Por ejemplo, para
cambiar los sellos del pistón del acumulador de nitrógeno,recargarlo de nitrógeno y reiniciar la operación se
emplean menos de dos horas. Además el hecho de que el
pedestal sea abatible, permite la operación en forma
inmediata de los equipos de reparación y terminación depozos (RTP). Todo esto reduce al mínimo los problemas
por producción diferida.
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Unidades de Bombeo de Carrera LargaROTAFLEX
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Dos tercios de los pozos en el mundo son operados
mediante Bombeo Mecánico.
70 % de los pozos en Argentina (12,900 pozos) emplean
BM.
Aumenta la demanda mundial de hidrocarburos.
Extracción optima de hidrocarburos desde un punto de
vista técnico-económico.
Características de la unidad
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La primera unidad con el mecanismo actual fueinstalada en Diciembre de 1987.
Weatherford (EVI Oil Tools) compró ROTAFLEX en 1989 - Existían 40 unidades instaladas.
Desde esa fecha ha experimentado un 15% decrecimiento interanual.
En 1991 se muda la planta desde Kilgore a Odessa.
Actualmente se cuentan 825 instalaciones anivel mundial, principalmente en Texas,Oklahoma, Venezuela y Colombia.
Rotaflex®
Características de la unidad
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Carrera de 288 y 306 pulgadaspara bombas mecánicas (másde 7 metros).
Alta capacidad de
producción. Alta eficiencia para extracciónde pozos problema o pozosprofundos.
Aplicaciones en reemplazo debombas BEC.
Rotaflex®
Características de la unidad
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Mayor vida útil del equipo de
fondo.
40 a 60% de reducción en losciclos de esfuerzo, mayor vidaútil de las varillas.
20 a 50% de reducción en elcosto de energía.
Ayuda a resolver el problema de
candado de gas.
100% accionamiento mecánicode bajo mantenimiento.
Rotaflex®
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Ventajas del ROTAFLEX
Embolada larga y lenta que permite:
Mejorar el llenado del barril.
Reducir los problemas de golpe de fluido.
Minimizar los problemas de interferencia de gas. Reducir el desgaste entre las partes móviles.
Reducir los esfuerzos de tensión y compresión sobrela sarta de cabillas.
Aumenta la eficiencia total del sistema.
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Ventajas del ROTAFLEX
Permite al sistema de bombeo reciprocanteaumentar su capacidad de producción hasta másde 2500 BFPD.
Unidad 100% mecánica.
Contrapeso fácil y preciso. Reductores de engranajes más pequeños.
Armado, probado y embarcado en una sola pieza.
No es necesaria y desinstalación para realizar losservicios al pozo.
Reduce los costos de operación y mantenimiento.
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Características del ROTAFLEX
Unidad Vertical
Carrera de hasta 25pies
Capacidad de carga dehasta 50.000 lbs
Caja reductora dehasta 320.000
pulg*lbs
Características de la unidad
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Sistema de Inversión
Totalmente Mecánico
Rotaflex®
Reductor API
Corona
Cadena
Carro Inversor
Caja Contrapeso
Características de la unidad
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Rotaflex®
Banda Flexible conecta las
varillas al carro caja contrapeso.
Banda flexible absorbe fuerzasde inercia en los cambios de
Carrera
Características de la unidad
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Rotaflex®
CORONA diámetro 914,4 mm.
18 inches
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Mecanismo de Inversión
Carrera Descendente
CoronaSuperior
Caja
Contrapesos
CoronaMotriz
CarroInversor
Cadena
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Mecanismo de Inversión
Carrera Descendente
ó
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Mecanismo de Inversión
Cambio de Carrera
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Mecanismo de Inversión
Cambio de Carrera
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Mecanismo de Inversión
Carrera Ascendente
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Características del ROTAFLEX
Un eje derotación en labase permitedoblarlo para
ser enviado sindesarmar
C í i d l ROTAFLEX
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Características del ROTAFLEX
Puede rodarse pormedio de rielesanclados a la basepara facilitar el
acceso al pozo
í d l
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Características del ROTAFLEX
Base y Unidadmontadas cercadel pozo
Base de concreto
especialmentediseñada para elRotaflex
Plataforma para
instalar elcontrabalance
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Características del ROTAFLEX
Guardacorreascon bisagraspara fácil acceso
Poleas de
unidad y motorubicados a niveldel suelo
Rango de
velocidad de 1 a4,5 SPM
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ROTAFLEX vs. Unidad Convencional
Unidad API M-912-365-144 R-320-360-288Nivel de Fluido (metros) 1900 1900
Profundidad de la Bomba (metros) 2000 2000
Tamaño del Pistón (pulg.) 2,25 2,25
Tasa de Producción (m3/día) 101 102
Eficiencia Total del Sistema (%) 48 57
Motor Nema D (HP) 100 60
Carga sobre la Caja Reductora (%) 84 52
Carga sobre la Estructura (%) 79 74
Velocidad de Bombeo (SPM) 11,3 4,83
Consumo Eléctrico Mensual ($) 1.972 1.673
Costo Aproximado del Sistema ($) 152.000 104.000
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Candidatos Potenciales
Pozos nuevos
Pozos desviados y horizontales
Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubería
Crudos medianos y pesados
Aplicaciones con alta temperatura de fondo
Pozos con poco aporte - bajo nivel de f luido
Pozos someros de alta producción
C l i
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Conclusiones
20 a 50 % de Incremento de Eficiencia de Extracción.Torque, velocidad y potencia constantes en la mayorparte de las carreras Ascendente y Descendente.
No se necesita sobredimensionar instalación eléctrica.Sistemas más eficientes si son diseñados para trabajara plena carga.
Si se utiliza variadores de velocidad no se necesitautilizar motores de Alto Deslizamiento, obteniéndosemejores eficiencias.
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TAREA 16- Resumen artículo
Rotaflex Efficiency and Balancing.
J.N. McCoy, A.L. Podio and Lynn Rowlan
SPE 67275March 2001
EQUIPO No. 4 – 12 octubre 2010
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Conceptos para el diseño deUBM
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El Bombeo Mecánico es un sistema artificial de producción (SAP)en el cual el movimiento del equipo de bombeo subsuperficial seorigina en la superficie y se transmite a la bomba por medio de unasarta de varillas de succión.
1.- Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajerapor el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite
del pozo, llenando la camisa de la bomba.
2.- Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la
camisa de la bomba hacia arriba del émbolo, cerrando la válvula de pie que
impide que se regrese el aceite al pozo.
Ciclo de bombeo
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Objetivo del diseño
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Producir una ciertacantidad de fluidos por díacon un mínimo de:
1. Torsión.2. Carga en la varilla pulida.
3. Requerimientos de potencia del motorprincipal.
4. Costos de combustible o energía.5. Costos de mantenimiento de la unidad.6. Roturas de la varilla.
7. Producción diferida por rotura de varillas opor reparación y mantenimiento de launidad.
8. Costo inicial.
Características del BM
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Debe ser:
•Resistente.
•De larga vida.
•Eficiente.
•Fácil y barato de transportar.
•Silencioso.
•No contaminante.
•Seguro de instalar y de operar.
Ventajas y Desventajas del BM
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Ventajas:1. Fácil diseño.2. Unidades pueden ser cambiadas a otros
pozos.3. Adaptable a agujeros reducidos.4. Flexible.5. Levanta aceites viscosos y de altas
temperaturas.
Desventajas:1. No es posible manejar sólidos.2. No se adapta a grandes profundidades.3. En operaciones costa-afuera resulta
pesado y estorboso.
Principio de flotación
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a) Cuando el Peso del cuerpo es menor
que el Empuje ascendente y se
encuentra en el fondo, el cuerpo sale
a la superficie y flota.
b) Cuando el Peso del cuerpo es igual alEmpuje ascendente, el cuerpo queda
en equilibrio dentro del líquido.
c) Cuando el Peso del cuerpo es mayor
que el Empuje ascendente, éste sehunde pero aparentemente disminuye
su peso.
Patrón típico de cargas en la varilla pulidad t i l d b b
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durante un ciclo de bombeo
Patrón típico de cargas en la varilla pulidad t i l d b b
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Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de
varillas y fluido se levantan del fondo con máxima
aceleración. Esta zona se extiende desde el fondo hasta
algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente. En
esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a
la carga estática de la masa de varillas y fluido. Debido a
que la máxima aceleración hacia arriba ocurre en esta zona,
normalmente el producto de la carga compuesta de varillasy fluido por la máxima aceleración, da como resultado la
carga pico o carga máxima en la varilla pulida .
durante un ciclo de bombeo
Patrón típico de cargas en la varilla pulidadurante un ciclo de bombeo
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Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se
extiende desde cerca del punto medio hasta el tope de la
carrera. En esta zona, aún se tiene la máxima masa de
varillas y fluido, pero se está desacelerando;
consecuentemente, el componente de inercia de la masa de
varillas y fluido se está restando del total del peso estático.
durante un ciclo de bombeo.
Patrón típico de cargas en la varilla pulidadurante un ciclo de bombeo
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Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera
descendente, desplazándose hacia abajo hasta algún
punto cerca de la mitad de la carrera. En esta zonaúnicamente se tiene el peso de las varillas flotando,
menos el componente de inercia. Normalmente es en
esta zona donde ocurre la máxima aceleración hacia
abajo.
durante un ciclo de bombeo.
Patrón típico de cargas en la varilla pulidadurante un ciclo de bombeo
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Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la
carrera descendente y se extiende hasta el fondo de la
carrera. En esta zona las varillas flotando se
desaceleran en su preparación para detenerse en el
fondo de la carrera, entonces, el componente de inercia
se suma al peso de las varillas.
durante un ciclo de bombeo.
Patrón típico de cargas en la varilla pulidadurante un ciclo de bombeo
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durante un ciclo de bombeo.
Wf=peso de los fluidos a=factor de aceleración
Wr= peso de las varillas
a=max
v=0
a=maxv=0
a=0v=max
Wf Wr-a
Wf Wr+a
Wr-a
Wr+a
Mitad de la carrera Mitad de la carrera
Parámetros para la selección de la bomba deinserción
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inserción
• Volumen a producir.• Profundidad del intervalo productor.
• Viscosidad del aceite producido.
• Existencia de arena en el aceite.
• Volumen de gas producido.
• Temperatura.• Porcentaje de agua.
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ACCESORIOS
DEL BOMBEO
MECÁNICO
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ACCESORIOS
Varillas extrapesada y centradores
1. Se debe utilizar 1 lb. de varilla extrapesada por cada bpdproducido hasta 500 bpd. Ejemplo: para 450 bpd, 450 lbs.
de varilla extrapesada. Después de esta cantidad 1.5 lb.2. No se deben colocar varillas extrapesadas a la profundidad
de la bomba cuando exceda los 3º de desviación, porque lavarilla extrapesada es de 1 1/2” y friccionaría contra latubería; en este caso colocar varilla de 7/8” concentradores.
3. Cuando se conoce el punto de la rotura de la varilla, loscentradores van debajo de este punto.
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ACCESORIOS
Varillas extrapesadas y centradores
centradoresVarilla extrapesada
ACCESORIOS
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ACCESORIOS
Anclas de gas
Un método para mejorar la eficiencia de la bomba,es desviar el gas libre hacia el espacio anular delpozo. El dispositivo que separa el gas del liquido se
conoce como ancla de gas:
ANCLA DE GAS TIPO SENCILLO ANCLA DE GAS CON EMPACADOR ANCLA DE GAS CON COPAS
TIPO DE ANCLAS
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CASOS ESPECIALES
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GOLPE DE FLUIDO.-Cuando la cámara decompresión está sóloparcialmente llena confluido, el problema sepresenta en la carrera
descendente de la bomba,el pistón estádesplazándose a través dela parte superior vacía dela cámara de compresión y
repentinamente golpea alencontrar mucho fluido.
VACIO
CASOS ESPECIALES
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GOLPE DE GAS.- Estásituación es menos drásticaque el golpe de fluido, yaque al menos existe algo degas en la parte superior dela cámara de compresiónpara ayudar a acumularpresión antes de que la
válvula móvil choque con
el fluido. El gas amortigualigeramente los choqueshidráulico y mecánico.
VACIO
CASOS ESPECIALES
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CANDADO DE GAS.-Fenómeno en la cámara decompresión, hace que la bombano produzca fluido. Las válvulasno operan y el pistón de labomba simplemente se mueve
hacia arriba y abajo, levantando y bajando la columna de fluidoen la sarta de tubos. La causa essimplemente que no hay suficiente presión generada en lacámara de compresión durantela carrera descendente de labomba para abrir la válvula.
Cartas dinamométricas
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La carta dinamométrica es un diagrama deCARGA VS DESPLAZAMIENTO resultantedel registro de todas las fuerzas que actúansobre la varilla pulida con respecto a su
posición en cualquier instante durante el ciclode bombeo.
En este diagrama la posición de la varillapulida esta en el eje de las abscisa y la carga
en el eje de las ordenada.
VARILLA PULIDA
Cartas dinamométricas
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1. Cargas en el equiposuperficial.
2. Cargas en las
varillas.
3. Comportamiento dela bomba.
D E S P L A Z A M I E N T O
C
A
R
G
A
VVC,VPA
A B
C
VVA,VPC
D
CARRERA ASCENDENTE
CARRERA DESCENDENTE
Con ella se puede determinar:
(SARTA DE VARILLAS)
CONDICIONES IDEALES DE UNA CARTA DINAMOMÉTRICA
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Velocidad de bombeo baja
No existen fuerzas de aceleración
No existen fuerzas de vibración
No existen fuerzas de fricción La válvula de pie abre y la válvula viajera cierra instantáneamente
en el inicio de la carrera ascendente.
La válvula de pie cierra y la válvula viajera abre instantáneamenteen el inicio de la carrera descendente.
No existen cambios en la longitud de la varilla debido a latransferencia de carga del fluido.
Cartas dinamométricas
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1.- Cargas en el equipo superficial:•Cargas máxima y mínima en laestructura de la UBM.
•Torsión en el reductor deengranes y en el motor principal.•Trabajo realizado por la varillapulida al elevar los fluidos y
vencer la fricción.•Contrabalanceo apropiado.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
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2.- Cargas en la sarta de varillas:•
Cargas máxima y mínima.•Esfuerzos en las varillas.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
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3.-Comportamiento de la bombasubsuperficial:
•Condiciones de trabajo de las válvulasviajera y de pie.•
La existencia de golpeteo de fluidos y sumagnitud.•Candado de gas en la bomba.•Fricción excesiva.•Si la bomba está o no bombeando envacío.•Condiciones de sobreviaje del émbolo oreducción del viaje del mismo.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
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Modificación de la carta dinamométrica por efectos deaceleración
Cartas dinamométricas
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Efecto de alargamiento y contracción de las varillas
Cartas dinamométricas
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Efecto de vibraciones naturales de la sarta de varilla
Diagnóstico de fallas
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AUTOMATIZACIÓN BM
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• Grandes ventajas técnicas y económicas se obtienen al instalar sistemas de
monitoreo y control (automatización).• Se utilizan controladores de pozos inteligentes.
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Análisis de latensión con el
diagrama deGoodman
Modificado.(ANÁLISIS DE LAS VARILLAS)
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De una carta dinamométrica de unaunidad de bombeo mecánico, la cargamáxima de una varilla de 1 pg., grado C
es de 26,235 libras, y la carga mínima es4,750 libras. Empleando el método APIdel diagrama de Goodman modificado sedeterminará sí las varillas trabajan en el
rango de tensiones de diseño.
Varilla
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Varilla
Clase KResistente a corrosión
Clase CResistente a corrosión,
trabajo pesado
Clase DTrabajo extra pesado
sin H2S
Grado de lavarilla
Composiciónquímica
Esfuerzo de tensión(psi)
Mínimo Máximo
K AISI 46XX 85,000 115,000
C AISI 1536 90,000 115,000
D Carbono oaleaciones 115,000 140,000
Propiedades químicas y mecánicas de las varillas
Nota: De la especificación API SPEC 11B, la mínima fuerza de tensión (T)para varillas de grado C es de 90,000 psi.
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SoluciónLa tensión máxima es.
La tensión mínima es.
)psi(33403)pg(785.0
)lbs(26235
illavarladeárea
máximaaargCS
2max
)psi(6051)pg(785.0
)lbs(4750
illavarladeárea
mínimaaargCS
2min
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Usando el diagrama de Goodmanmodificado para varillas grado C, para una
tensión mínima de 6,051 psi sobre el ejevertical, trazar una línea vertical desde lalínea de tensión mínima hasta el punto detensión máxima 33,403 psi.
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Esté punto se encuentra fuera del rangode tensiones permitidas, las varillas seencuentran sobrecargadas. En el diagramala tensión máxima debe de ser de 25,900psi. Este valor corresponde al punto deintersección entre la línea de máxima
tensión y la línea vertical dibujada.
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Análisis de la tensión en forma analíticacon la modificación de Goodman.
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El método API del análisis de la tensióndel Goodman se puede analizar con
ecuaciones y estas son muy fáciles deutilizar si se tienen programadas,también son más rápidas y más exactaporque se calculan valores en vez de
hacer lecturas en el diagrama.
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La ecuación para obtener la tensiónmáxima permitida (SA) es: SFS5625.0T25.0S minA
T = Mínima fuerza de tensión permitida (psi)SF = factor de seguridad.SA = tensión máxima permitida (psi)
psi25904S
)0.1()6051(5625.0)90000(25.0SA
A
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El rango permitido de tensión es:
)psi(19853605125904
El rango actual de tensión es:
)psi(27352605133403
minAA SSDS
minmaxact SSDS
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La carga de la varilla en porcentaje es de:
%8.13710019853
27352
100DS
SSillavarladeaargc%
A
minmax
Por lo tanto se concluye que las varillas se encuentran sobrecargadas
PROYECTO FINAL
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•
Se entregará un anteproyecto de SAP para suautorización (antes del 4 de noviembre) por elrepresentante de cada equipo del proyecto. Equipode 3 o 4 integrantes.
• Se entregará un trabajo escrito.• Se entregará en un CD toda la información del
proyecto (presentación, artículos u otro tipo de
publicación, corridas de computo, listados, etc.).• La presentación la realizará todo el equipo del
proyecto en 20 minutos (7 y 9 de diciembre).
PROYECTO FINAL
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• Título.
• Objetivo.
• Introducción.
•
Desarrollo.• Resultados.
• Aporte del proyecto.
• Conclusiones y recomendaciones.• Bibliografía
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“SOFTWARE DE BOMBEO MECÁNICO”
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Software en el mercado.
I. RodstarDesarrollado por la compañía Theta Enterprise, requiere licenciapara poder trabajar. Puede trabajar en Red
II.QrodDesarrollado por la compañía Echometer, este software es gratis.Se puede instalar en cualquier PC.
III.Srod
Desarrollado por la compañía Lufkin, necesita licencia para podertrabajar. Puede trabajar en Red.
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Software en el mercado.
IV.SARPDesarrollado por la compañía CEALC, necesita licencia para podertrabajar. Actualmente no esta disponible en el mercado.
V.TRIRODDesarrollado por la compañía Trico Industries. Emplea el métodoAPI RP11L, este software es gratis. Se puede instalar en cualquierPC.
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FIN DE LA PRESENTACIÓN