Presentacion cavidades progresivas

Angee ClavijoFerney LeitonAdrian RojasCarlos Rozo

BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS

BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS

1PRODUCCIÓN II

La bomba PCP esta constituida por dos piezas longitudinales en forma de hélice, una que gira en contacto permanente dentro de la otra que esta fija, formando un engranaje helicoidal:

2.El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola hélice

3. 2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acero revestida internamente por un elastómero, moldeado en forma de hélice enfrentadas entre Si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor.

BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS2PRODUCCIÓN II

¿QUÉ ES UNA PCP?

• Producción de petróleos pesados y bitúmenes (<18 API) con cortes de arena hasta del 50%

• Producción de crudos medios ( 18-30%API) con limitaciones en el porcentaje de SH2

• Petróleos livianos(>30% API)con limitaciones en aromáticos• Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones brutas,

asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria ( por inyección de agua).

AVANCES


• Alta eficiencia total• Habilidad para producir fluidos altamente viscosos• Habilidad para producir con altas concentraciones de arena • Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre ( no se bloquea)• Ausencia de válvulas o partes reciprocantes evitando el bloqueo o

desgaste de las partes móviles• Muy buena resistencia a la abrasión• Bajos costos de inversión inicial• Bajos costos de energía• Demanda constante de energía• Simple instalación y operación• Bajo mantenimiento• Equipos de superficie de pequeñas dimensiones • Bajo nivel de ruido.

VENTAJAS


• Las capacidades de desplazamiento real de hasta 2000 Bls/dia o 320 m3/dia (máximo 4000 Bls/dia o 64 m3/dia)

• Capacidad de elevación de hasta 6000 pies 0 1850 metros (máximo 10050 pies o 3500 metros)

• Resistencia a la temperatura de hasta 280 f o 138 c (máxima de 350 f o 178 c)

• Alta sensibilidad a los fluidos producidos ( los elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periodos prolongados de tiempo)

• Opera con bajas capacidades volumétricas cuando se producen cantidades de gas libres considerables (evitando una buena lubricación)

DESVENTAJAS


• Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por tiempos relativamente cortos

• Desgaste por contacto entre varillas de bombeo y la tubería de producción puede tornarse grave en pozos direccionales y horizontales

• La mayoría de los sistemas requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba

• Los sistemas están propensos a altas vibraciones en el caso de operar a altas velocidades requiriendo el uso de anclas de tubería y estabilizadores o centralizadores de varillas de bombeo

• Poca experiencia en el diseño, instalación y operación del sistema


El Estator y el Rotor no son concéntricos , un motor transmite movimiento rotacional al rotor que lo hace girar en si propio eje este movimiento forman una serie de cavidades idénticas y separadas entre si.Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del Estator hasta la descarga creando un efecto de succión Las cavidades están hidráulicamente selladas y el tipo de bombeo es de desplazamiento positivo.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO


D= Diámetro mayor del rotordr= Diámetro de la sección transversal del rotorE= Excentricidad del rotor.Ps= Paso del estator (Longitud de la cavidad = longitud de la etapa)Pr = Paso del rotor


Cada ciclo de rotación del rotor produce dos cavidades de flujo. La sección de esta cavidad esta dada por.

A= 4 * d * E

El área y la velocidad son constantes. Así como el caudal permanece uniforme. Estas características del sistema son la deferencia entre el bombeo alternativo con descarga pulsante. El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor, (En función del área y de la longitud de la cavidad)

V = A*L = 4*dr*E*Ps

En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación N

Q=V*N = 4*dr*E*Ps*N


La capacidad de la bomba PCP está dada por las líneas de sello hidráulico formados entre el ROTOR-ESTATOR.


Existen distintas geometrías en bombas PCP, y están relacionadas directamente con el número de lóbulos del estator y rotor. Y se clasifican en dos grandes grupos.

• Singlelobe o single lobulares: Geometría 1:2

•Multilobe o multilobulares: Geometria 2:3 , 3:4 entre otras.

GEOMETRIAS


La presión desarrollada dentro de la bomba depende de:• Numero de líneas de sello – etapas• Interferencia o compresión entre rotor y estator. La mayor o menor interferencia o compresión se puede lograr variando el diámetro

La expansión del elastómero hace que la interferencia aumente. Está expansión se pueda dar por• Expansión Térmica .• Expansión química .

PRESIÓN EN LA BOMBA – DISTRIBUCIÓN Y EFECTOS


Cada sello es una etapa en la bomba, diseñadas para soportar una determinada presión diferencial. Se pueden presentar distintas combinaciones que afectan la distribución de la presión dentro de la bomba.


ELASTÓMEROS

Elemento que puede ser estirado un mínimo de 2 veces su longitud y recuperar inmediatamente su dimensión original.

Son la base del sistema PCP en el que está moldeado el perfil de doble hélice del estator. De su correcta determinación y su interferencia con el rotor depende en gran medida la vida útil de la PCP.


CONDICIONES DE ELASTOMEROS PARA PCP


COMPONENTES DE UN SISTEMA PCP


• Consiste en un rotor de acero de forma helicoidal y un estator elastómero sintético moldeado en un tubo de acero.

• El estator es bajado al fondo del pozo siendo parte del extremo inferior de la columna de tubos de producción, el rotor es conectado y bajado y bajado junto a las varillas de bombeo. El movimiento de rotación del rotor dentro del elastómero es transmitido por las varillas que están conectadas a un Cabezal.

INSTALACION TIPICA


COMPONENTES DE LA COLUMNA DE TUBINGS

ELASTOMERO PCP

TUBING


ELEMENTOS DE LA SARTA DE VARILLAS DE BOMBEO


INSTALACIÓN EN SUPERFICIE


Es un equipo que se acciona mecánicamente instalado en la superficie sobre la cabeza del pozo.

cabezal directo

CABEZAL DE ROTACION



PARTES

CABEZAL DIRECTO:

•Carga axial de 33,000 libras•Torque continuo de 1,000 pie x libra.•potencia de 75 KW (100 HP)•El eje impulsor hueco permite el paso de una barra pulida de 1 1/4 o 1 1/2 pulg•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco automático y de accionamiento hidráulico.

TIPOS DE CABEZAL


Cabezal directo (sin caja reductora):

La relación es directa y viene determinado por la velocidad del motor y la velocidad requerida por el sistema.


CABEZAL ANGULAR:

•Carga axial de 41,800 libras•Torque continuo de 1,000 pie x libra.•potencia de 75 KW (100 HP)•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco automático y de accionamiento hidráulico.


Cabezal angular (con caja reductora):

La rotación entre el eje del motor y el cabezal es inversamente proporcional a la relación total de transmisión.

El torque es directamente proporcional a la relación total de transmisión.


MOTORREDUCTOR:

•Facilidad para obtener velocidades bajas.•Posibilidad de utilizar un motor de combustión interna cuando no hay disponible energía eléctrica.•Carga axial de 33,000 libras•Torque continuo de 1,000 pie x libra.•Potencia de 75 KW (100 HP)


Puede ser un motor eléctrico o de combustión interna que transmite energía hasta el cabezal de rotación.

SISTEMAS DE TRANSMISION


En ocasiones se utilizan poleas como cajas reductoras para manejar velocidades menores a 150 RPM, con el fin de no hacer forzar el motor a trabajar a bajas RPM, ya que la insuficiencia de disipación de calor podría generar la falla del mismo.


TIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN


Sistema con poleas y correas:

La relación con poleas y correas se selecciona de acuerdo al tipo de cabezal y a la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo.

• Cuando el sistema PCP esta en funcionamiento, se acumula gran energía en forma de torsión sobre las varillas.

• Si se para el sistema repentinamente la energía de las varillas se libera y gira inversamente para generar torsión.

• Este proceso se conoce como Back Spin.

• Durante este proceso se pueden alcanzar velocidades muy altas y genera grandes daños:

Daños en equipo de superficie Desenrosque de la sarta de varillas rotura violenta de la polea de cabezal.

SISTEMA DE FRENADO


PRODUCCIÓN II 34

Es utilizado para potencias transmitidas menores a 75 HP.

Posee un sistema de disco y pastillas por fricción accionadas mecánica o hidráulicamente

Son instalados por fuera del sistema del cuerpo de cabezal.

TIPOS DE FRENOS


Freno de accionamiento por fricción:

Es de los mas utilizados por su gran eficiencia.

Esta integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotario que gira en sentido de las agujas del reloj.

Al ocurrir el Back spin el plato acciona un mecanismo hidráulico que genera resistencia al movimiento inverso.


Freno de accionamiento hidráulico:

Dependiendo del diseño del cabezal el mecanismo puede accionarse con juegos de válvula de drenaje, embragues mecánicos, entre otros.

• Es una característica que intrínsecamente está asociada a la eficiencia de la bomba en cuanto a su desplazamiento y a su capacidad para transportar los fluidos hasta la superficie es el grado de ajuste o “apriete” entre el elastómero y el rotor

• En una PCP se define como la diferencia entre el diámetro del rotor y el diámetro menor de la cavidad del estator, esta garantiza que exista el sello entre las cavidades que permite la acción de bombeo.

• Cuando la bomba es sometida a una diferencia de presión entre su succión y su descarga, el fluido trata de romper este sello para regresar a las cavidades anteriores, lo cual se conoce como escurrimiento

• Si la interferencia es muy pequeña el sello se rompe fácilmentePRODUCCIÓN II 37

Interferencia.

FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DE LA BOMBA.

La eficiencia volumétrica se calcula como la relación entre el caudal real de la bomba y su caudal Teórico.

A una presión diferencial igual a cero, la eficiencia volumétrica debería ser igual al 100 %, aunque se pueden encontrar diferencias debido a pequeñas diferencias dimensionales del rotor y/o estator.


Eficiencia y escurrimiento

Efecto del escurrimiento sobre la eficiencia volumétrica de la bomba.


Esta disminución es debido al escurrimiento del fluido a través de la línea de sello rotor/estator desde la zona de mayor presión a la de menor.

El escurrimiento: Diferencia entre el desplazamiento (caudal) real de la bomba a una determinada presión diferencial y el caudal real inicial a presión cero.

• Por ser una función de la presión diferencial, la eficiencia volumétrica y el deslizamiento también dependerán de :

4. La capacidad de elevación de la bomba (presión máxima o numero de etapas)

6. La viscosidad del flujo.

8. Interferencia entre estator y rotor (ajuste)



Eficiencia en función de la capacidad de elevación de la bomba

Se puede apreciar que a medida que aumenta el numero de etapas de la bomba, el escurrimiento disminuye y la eficiencia aumenta, debido a que cada cavidad soporta menor presión.

Esta también contribuye a disminuir el escurrimiento y aumentar la deficiencia volumétrica a medida que su valor es mayor.


Eficiencia en función de la viscosidad del fluido

La eficiencia inicial menor en el caso de fluidos mas viscosos se debe a que el área de flujo transversal se ve afectada por la adherencia del elemento viscoso a las paredes tanto del estator como del rotor.

A una presión diferencial dada, el escurrimiento y la eficiencia volumétrica son extremadamente dependientes del ajuste por interferencia entre rotor y estator.


Eficiencia en función de la interferencia rotor/estator

A medida que el fluido se deslice a través de las líneas de sello a una presión diferencial dada, disminuyendo las perdidas por escurrimiento.

HISTERESIS•Deformación cíclica excesiva del elastómero•Interferencia entre el rotor y estator alta•Elastómero sometido a alta presión•Alta temperatura/ poca disipación del calor

FALLAS EN ELASTOMEROS


ELASTÓMERO QUEMADO POR LA ALTA TEMPERATURA•Cuando la bomba trabaja sin fluido (sin lubricación) por largos periodos de tiempo•La falta de fluido puede deberse a la falta de producción del pozo u obstrucciones de la sección•Se eleva la temperatura y se produce la quema del elastómero


ELASTÓMERO DESPEGADO•Falla en el proceso de fabricación, debido a la falta de pegamento•Puede también combinarse con efectos del fluido producido y las condiciones del pozo


ABRASIÓN•La severidad puede depender de: abrasividad de las partículas, cantidad, velocidad del fluido dentro de la bomba y a través de la sección transversal de la cavidad


Desgaste por abrasión sin afectar el material base

Cromado saltado sin afectar el material base

Desgaste por abrasión sin afectar el material base y si afectar el cromado en forma total

FALLAS EN ROTORES


Desgaste profundo localizado

Desgaste metal - metal


3.Datos del pozo4.Datos de la bomba 5.Calculo teórico del caudal6.Cálculo de presión sobre la bomba7.Cálculo de la potencia consumida8.Cálculo de torques9.Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido a la presión sobre la bomba 2. Debido al peso de la varilla12.Cálculo de las tensiones combinadas13.Cálculo de estiramiento de la sarta de varillas

GUÍA PARA EL DIEÑO DE UN PCP


3. Cálculo teórico del caudalLa sección de la cavidad es generada por :

A=4*d*E

El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor:

V=A*Pe (cm3)

El caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación N:

Q=V*N C


4. Cálculo de presión sobre la bombaLa presión total sobre la bomba está dada por:•Presión de boca del pozo (Dato)•Presión por fricción

P. fricción= Long tubing * factor de pérdida

•Presión debido a la columna de liquido a elevar

TDH= Pbdp + Pfricción + P nivel


5. Cálculo de potencia requerida

Para el caso de bombas PCP se considera un rendimiento = 0,6 – 0,7

6. Cálculo de torques Torque= K*Hp K – 5252 para torque (lb*ft)

RPM RPM = Qrequerido C*Efi

7. Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido al peso de la varilla (F1)

F1= longitud *peso de varilla

2. Debido a la presión sobre la bomba (F2)

F = F1+F2


8. Cálculo de las tensiones combinadas


• Producción de crudo pesado y bitumen (<12° API) con cortes de arena hasta 50

• Producción de crudos medianos (de 12 a 20 ° API) con contenido limitado de H2S

• Producción de crudos livianos dulces (> 20 API) con limitaciones en el contenido de aromáticos

• Pozos de agua superficial• Pozos productores con altos cortes de agua y

temperaturas relativamente altas• Evaluación de nuevas áreas de producción.

PRODUCCIÓN II 55

RANGO DE APLICACIÓN

• Bombas Tubulares.• Bombas tipo Insertable• Bombas de geometría simple• Bombas Multilobulares• Bombas de Alto Caudal• Bombas de gran altura (head).

PRODUCCIÓN II 56

CLASIFICACIÒN

Tubulares• El estator y el rotor son elementos

totalmente independientes el uno del otro.

• El estator se baja en el pozo conectado a la tubería de producción

• Al rotor, este se conecta y se baja al pozo con la sarta de cabillas

Insertable• El estator y el rotor son

elementos independientes, ambos son ensamblados de manera de ofrecer un conjunto único el cual se baja en el pozo con la sarta de cabillas hasta conectarse en una zapata o niple de asentamiento

PRODUCCIÓN II 57

Geometría simple

• Son aquellas en las cuales el número de lóbulos del rotor es de uno, mientras que el estator es de dos lóbulos (relación 1x2).

Multilobulares

• Ofrecen relaciones 2x3, 3x4, etc . estas bombas ofrecen mayores caudales que sus similares de geometría simple.

Presentacion cavidades progresivas

Education

Transcript of Presentacion cavidades progresivas