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CAVIDADES PROGRESIVAS

Escuela De ingeniera de petrleos

METODOS DE PRODUCCION

SISTEMA DE LEVANTAMIENTO CAVIDADES PROGRESIVAS (PCP)

JOSE FERNANADO MARTINEZ 2082290

ISMAEL BETANCOURT 2083548.

JACKSON FABIAN RIVERA 2083547

ALVARO JOSE MOLINA 2083222

JUAN CAMILO CELY 2083077

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD FISICO - QUIMICA

ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS

2012


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CONTENIDO

INTRODUCCION OBJETIVOS

MARCO TEORICO

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA

DESPLAZAMIENTO ROTORESTATOR

GEOMETRIA DISTRIBUCION Y EFECTOS

SELECCIN DE LA BOMBA

COMPLETACION Y PERFIL DEL POZO

REQUERIMIENROS DE TORQUE Y POTENCIA

TIPOS DE INSTALACION PCP

EQUIPOS DE SUBSUELO

EQUIPOS DE SUPERFICIE

INSTALACION DE EQUIPOS

TIPICOS PROBLEMAS DE OPERACIN

VENTAJAS DEL SISTEMA PCP

DESVENTAJAS DEL SISTEMA PCP ANEXO

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA


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INTRODUCCION

Es muy importante que el ingeniero de produccin conozca las alternativas

disponibles cuando le corresponda disear o seleccionar un sistema de

levantamiento artificial, debido a que en un proceso de produccin de

hidrocarburos existen diferentes tcnicas para llevar los fluidos contenidos en una

formacin desde el subsuelo hasta la superficie.

Es de inters mencionar que cuando el yacimiento tiene la suficiente energa, para

levantar estos fluidos hasta la superficie, se dice que el pozo produce en forma

natural. Cuando esto no es posible, es decir, el yacimiento solo tiene la presin

necesaria para levantar los fluidos hasta cierto nivel dentro del pozo, es necesariala instalacin de un sistema de levantamiento artificial, que adicione presin para

poder llevar los fluidos hasta la superficie.

El propsito de los mtodos de levantamiento artificial es minimizar los

requerimientos de energa en la cara de la formacin productora, con el objeto de

maximizar el diferencial de presin a travs del yacimiento y provocar, de esta

manera, la mayor afluencia de fluidos. El sistema de levantamiento artificial por

bombeo de cavidad progresiva es una bomba de desplazamiento rotativo positivo.


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OBJETIVOS

Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades

Progresivas en la recuperacin de petrleos pesados.

Conocer los principios fsicos, el funcionamiento, la instalacin en superficie

y en fondo, las especificaciones y dimensionamiento del equipo.

Describir el diseo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular

y analizar las variables de una instalacin de bombeo por Cavidades

Progresivas.

Esquematizar el sistema PCP con el funcionamiento de sus partes.


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Marco Terico

Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un mtodo de

Levantamiento Artificial de crudos pesados, medianos y livianos que ofrece una

amplia versatilidad, alta eficiencia y bajo costo. La geometra simple de este tipo

de bombas constituidas principalmente por un rotor metlico y un estator

elastomrico le confieren al sistema tales ventajas.

Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal

constante (tericamente) aunque se vare la presin de descarga de la misma, lo

que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas.

Adicionalmente mediante la tecnologa de cavidades progresivas se pueden

bombear fluidos con contenidos de agua, arena y parafinas.

Los esfuerzos realizados en investigacin y desarrollo de bombas de cavidades

progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de

produccin y levantamiento. Es fundamental que se realice una adecuada

seleccin del material elastomrico para garantizar un buen desempeo de la

bomba por lo que este mtodo de levantamiento artificial depende

considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomricos para manejar

fluidos de diversa naturaleza qumica.

Algunas fallas presentadas por los estatores elastomricos de las bombas de

cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de

dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccin,

diseo e instalacin de bombas en las completaciones.


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PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA

Las bombas de cavidades progresivas (PCP) son bombas de desplazamientopositivo la cual consiste, como se explic anteriormente, en un rotor de acero deforma helicoidal y un estator de elastmero sinttico moldeado dentro de un tubode acero.


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El estator es bajado al fondo del pozo formando parte del extremo inferior de lacolumna de tubos de produccin (tubings), mientras que el rotor es conectado ybajado junto a las varillas de bombeo. La rotacin del rotor dentro del estator estransmitida por las varillas de bombeo, cuyo movimiento es generado en superficiepor un cabezal.

Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento

positivo, engranada en forma espiral, cuyos componentes principales son:EL rotor

y el estator. El rotor, que es la nica parte movible de la bomba es una pieza de

metal pulido de alta resistencia, con forma de hlice simple o doble. El estator es

una hlice doble o triple de elastmero sinttico con el mismo dimetro del rotor

Grampa para vstago pulido

Transmisin a correas

Caera de produccin

Vstago pulido

Niple espaciador

Ancla de torsin

Varillas de bombeo

Niple de paro

Motor elctrico

TEE de produccin

Cabeza colgadora de tbgs


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adherido permanentemente a un tubo de acero. Este tubo se encuentra conectado

a la tubera de produccin. El crudo es desplazado en forma continua entre los

filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo

rota.

Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir

manejar altos volmenes de gas, slidos en suspensin y cortes de agua, as

como tambin es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API.

La bomba consta de dos hlices, una dentro de la otra: el estator con una hlice

interna doble y el rotor con una hlice externa simple. Cuando el rotor se inserta

dentro del estator, se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien

delimitadas y aisladas. A medida que el rotor gira, estas cavidades se desplazan a

lo largo del eje de la bomba, desde la admisin en el extremo inferior hasta la

descarga en el extremo superior, transportando, de este modo el fluido del pozo

hasta la tubera de produccin.

DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR

A grandes rasgos, la bomba de cavidadesprogresivas (BCP) est compuesta por el

Rotor y el Estator. El rotor es accionado

desde la superficie por un sistema impulsor

que transmite el movimiento rotativo a la

sarta de Cabilla la cual, a su vez, se

encuentra conectada al rotor. El Estator es el

componente esttico de la bomba y contiene unpolmero de alto peso molecular con la

capacidad de deformacin y recuperacin elstica llamado elastmero.

Movimiento Estator y Rotor


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El estator y el rotor no son concntricos como se muestra en la figura 1, y el

movimiento del rotor es combinado, uno rotacional sobre su propio eje y otro

rotacional (en direccin opuesto a su propio eje)alrededor del eje del estator.

El principio de funcionamiento de la BCP est basado en el principio ideado por sucreador de Ren Moineau, la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1

lbulos. Las dimensiones del Rotor y del Estator estn diseadas de manera que

producen una interferencia, definiendo as las cavidades.

La geometra del conjunto es tal, que forma una serie de cavidades idnticas y

separadas entre s. Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades

se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succin) hasta la descarga,

generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas. Debido a quelas cavidades estn hidrulicamente selladas entre s, el tipo de bombeo, es de

desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo).

La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos

por los siguientes parametros:

una seccin transversal de una BCP convencional (1 x 2 lbulo), donde se

observa como el dimetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad,

produciendo la interferencia (i) que crea ello.

Geometra sello helicoidal entre Estator y Rotor


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Seccin transversal de una BCP

muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicin de la

cavidad formada entre el Rotor y el Estator. Note que en un mismo plano

transversal siempre pueden definirse dos cavidades, y que el rea de estas dos

cavidades se complementa, es decir, cuando una es mxima la otra es mnima, de

modo que el rea transversal total es siempre constante.

Disposicin de las cavidades en una BCP en 3D.

GEOMETRIA


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La geometra de la bomba est sujeta a la relacin de lbulos entre rotor y estator,

y est definida por los siguientes parmetros:

Cada ciclo de rotacin del rotor produce dos cavidades de fluido.

El rea es constante, y la velocidad de rotacin constante, el caudal es

uniforme. Esta accin de bombeo puede asemejarse a la de un pistn

movindose a travs de un cilindro de longitud infinita.

La mnima longitud requerida por la bomba; para crear un efecto de accin

de bombeo es UN PASO, sta es entonces una bomba de una etapa. Cada

longitud adicional de paso da por resultado una etapa ms. Eldesplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del

rotor (es funcin del rea y de la longitud de la cavidad).

En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la

velocidad de rotacin.

La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presinest dada por las lneas de sello hidrulico formados entre ROTOR y

ESTATOR. Para obtener esas lneas de sello se requiere una interferencia

entre rotor-estator, es decir una compresin entre rotor y estator.

Posicin relativa del rotor y el estator en una bomba de lbulo simple.


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Existen distintas geometras en sistemas BCP, y las mismas estn relacionadas

directamente con el nmero de lbulos del estator y rotor.

En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir

algunas partes importantes.

La relacin entre el nmero de lbulos del rotor y el estator permite definir la

siguiente nomenclatura:

La distribucin de efectos es dada por la cantidad de veces que la lnea de sellos

se repite, define el nmero de etapas de la bomba. Cada etapa est diseada para


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soportar una determinada presin diferencial, por lo tanto a mayor nmero de

etapas, mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presin. Se pueden

presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucin de la presin

dentro de la bomba.

DISTRIBUCIN Y EFECTOS.

Interferencia entre rotor y elastmero.

Es la diferencia entre el dimetro externo de la seccin del rotor y el menor

dimetro del estator. Necesaria para generar presin diferencial entre cavidades,

que requiere un sellado hermtico entre rotor y estator. Es la caracterstica ms

importante a determinar para obtener una larga vida til una vez dimensionado el

equipo BPC.

Baja interferencia: disminuye la eficiencia de la bomba.

Alta interferencia: pronta rotura por histresis.

a) Igual interferencia- Distinto nmero de etapas.b)


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b) Igual nmero de etapas - Distinta interferencia.

COMPLETACIN Y PERFIL DEL POZO

De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-

, 5-, 7 y 9-5/8. El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacinde la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nmero

determinado de centralizadores en las profundidades donde el ngulo de

inclinacin del pozo sea crtico, nunca se debe colocar centralizador de cabilla en

la primera conexin Rotor Cabilla.


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TIPOS DE INSTALACIN BPC.

INSTALACIN CONVENCIONAL.

En la instalacin convencional, primero se baja la tubera de produccin se la

ancla con un packers luego de la fijacin se baja el estator y rotor que son

instalados de forma separada; en este tipo de instalacin se demora y consume

ms tiempo y en consecuencia mayor inversin, las varillas son las que

proporcionan el movimiento giratorio, son enroscadas al rotor generando el

movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha.

Este tipo de instalacin hoy en da ya no es tan usada por el tiempo que consume,

mientras que la instalacin insertable es el que lo ha suplantado.

INSTALACIN INSERTABLE.

En la configuracin de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozoconjuntamente con el resto del sistema de subsuelo. En otras palabras, la bomba

completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna

de tubera de produccin, minimizando el tiempo de intervencin y, en

consecuencia, el costo asociado ha dicho trabajo.


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La bomba es la misma que en la configuracin convencional con la diferencia de

que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo

totalmente ensamblado como una sola pieza. Al rotor se le conecta una extensin

de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba. Los

acoples superior e inferior de esta extensin sirven de gua y soporte para la

instalacin de este sistema.

Ventajas de la instalacin insertable.

Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional, sumado a los

beneficios de un sistema insertable:

No necesita ser removida la columna de tubera de produccin para extraer

la bomba del fondo.

La sustitucin de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un

equipo pequeo de servicio.

Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos.

La torsin de trabajo es baja, razn por la cual pueden utilizarse varillas de

dimetro menor disminuyendo el roce con el tubing


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Equipos de Subsuelo.

Tubera de produccin:Es una tubera de acero que comunica la bomba de

subsuelo con el cabezal y la lnea de flujo. Si no hay ancla de torsin, se debe

ajustar con el mximo API, para prevenir el desenrosque de la tubera de

produccin.

Sarta de varillas: Es un conjunto de varillas unidas entre s por medio de

cuplas. La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie. Los dimetros

mximos utilizados estn limitados por el dimetro interior de la tubera de

produccin, utilizndose dimetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas,

de manera, de no raspar con el tubing.


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Estator: Usualmente est conectado a la tubera de produccin; es una hlice

doble interna y moldeado a precisin, hecho de un elastmero sinttico el cual

est adherido dentro de un tubo de acero. En el estator se encuentra una barrahorizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es

el punto de partida para el espaciamiento del mismo.

Elastmero: Es una goma en forma de espiral y estadherida al estator. El

elastmero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original

teniendo la capacidad de recobrar rpidamente sus dimensiones una vez que la

fuerza es removida.


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Los principales elastmeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de

nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber), cadenas polimricas de butadieno

y acrilonitrilo (ACN),

Rotor: Suspendido y girado por las varillas, es la nica pieza que se mueve en la

bomba. Este consiste en una hlice externa con un rea de seccin transversal

redondeada, tornada a precisin hecha de acero al cromo para darle mayor

resistencia contra la abrasin. Tiene como funcin principal bombear el fluido

girando de modo excntrico dentro del estator, creando cavidades que progresanen forma ascendente.

Estando el estator y el rotor al mismo nivel, sus extremos inferiores del rotor,

sobresale del elastmero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm, este dato

permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado. En caso

de presencia de arena, aunque sea escasa, esta deja muchas veces marcada la

hlice del rotor. De este modo, al retirar el rotor por cualquier motivo, se puede

observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator, partiendo del extremo

superior del roto


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Centralizador: Puede ser un componente adicional, sin embargo, tiene mayor uso

en especial para proteger las partes del sistema.

El tipo de centralizadores es el no soldado. Empleado en la tubera con el

propsito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la

bomba dentro de la tubera de produccin.


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Niple Intermedio o Niple Espaciador:

Su funcin es la de permitir el movimiento excntrico de la cabeza del rotor con

su cupla o reduccin de conexin al trozo largo de maniobra o a la ltima varilla,

cuando el dimetro de la tubera de produccin no lo permite. En este caso es

imprescindible su instalacin.

Niple De Paro: Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior

del estator. Su funcin es:

Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento, para que el rotor

tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente.

Servir de pulmn al estiramiento de las varillas, con la unidad funcionando.

Como succin de la bomba.

Los ms usuales son los de rosca doble, con una rosca hembra en su extremosuperior, que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su

extremo inferior, para permitir instalar debajo el ancla de torsin o cualquier otro

elemento. A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor, durante el

espaciamiento.

Trozo De Maniobra: Es muy importante instalar un trozo de esta medida

inmediatamente por encima del rotor, en lugar de una varilla, cuando gira a


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velocidades superiores a las 250 RPM. Cuando se instala una varilla, debido a su

largo y al movimiento excntrico del rotor que se transmite directamente a ella,

tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la ltima tubera de produccin. El

trozo de maniobra, al ser de menos de la mitad del largo de la varilla, se dobla

menos o no se dobla, dependiendo de su dimetro.

Ancla de Torsin: Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj, o hacia la

derecha (vista desde arriba) se realiza la accin de girar la columna tambin hacia

la derecha, es decir hacia el sentido de desenrosque de los caos. A esto se

suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armnicas

ocasionadas por el giro de la hlice del rotor dentro del estator, vibraciones que

son tanto mayores cuanto ms profunda es la instalacin de la bomba. Lacombinacin de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tubera de

produccin, el ancla de torsin evita este problema. Cuanto ms la columna tiende

al desenrosque, ms se ajusta el ancla. Debe ir siempre instalada debajo del

estator.


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Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsin es mayor, no

siempre es necesaria su instalacin, ya que en bombas de menor caudal a bajas

velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se

producen grandes vibraciones. No obstante, es recomendable en todos los casos.

Niple Asiento: es una pequea unin sustituta que se corre en la sarta de

produccin. Permite fijar la instalacin a la profundidad deseada y realizar una

prueba de hermeticidad de caera. En bombas insertables el mecanismo de

anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de

asiento que una bomba mecnica, evitando en un futuro el movimiento de

instalacin de tubera de produccin al momento de cambiar el sistema de

extraccin.

Mandril A Copas: Permite fijar la instalacin en el niple de asiento y produce la

hermeticidad entre la instalacin de tubera de produccin y el resto del pozo.

El trmino mandril tiene muchos significados. Puede referirse al cuerpo principal

de una herramienta o un eje. Adicionalmente, partes de la herramienta podran


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estar conectadas, arregladas o encajadas adentro. Tambin puede ser varillas de

operacin en una herramienta.

Zapato probador de hermeticidad:En caso de ser instalado se debe colocar

siempre arriba del niple intermedio. Para poder probar toda la caera y adems

como su dimetro interno es menor que el de la tubera de produccin no permite

el paso de centralizadores a travs de l. Para algunas medidas de bomba, no se

puede utilizar, porque el pasaje interior del mismo es inferior al dimetro del rotor

impidiendo su paso en la bajada.

La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la

hermeticidad, aunque siempre existe escurrimiento, tanto mayor, cuanto mayorsea la presin total resultante sobre la bomba. La suma de la presin de prueba

ms la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomtrica de la

bomba para evitar daarla.

Cao Filtro: Se utiliza para evitar, (en el caso de rotura de estator con

desprendimiento de elastmero), trozos de tamao regular del mismo, pueden

estar dentro del espacio anular. Una vez cambiada la instalacin de fondo, estos

pedazos de elastmero podrn ser recuperados con equipo especial y no

permanecern en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados

nuevamente por la bomba.

Equipos de superficie.

Una vez obtenidos los parmetros, mnimos de operacin, necesarios para

accionar el equipo de subsuelo, es necesario dimensionar correctamente los

equipos de superficie que sean capaces de proveer la energa requerida por el

sistema.


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Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar

la carga axial del equipo de fondo, entregar la torsin requerida y rotar al vstago

a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie.

Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son:

Cabezal de rotacin;

Sistema de transmisin; y

Sistema de frenado.

Cabezal de rotacin.

El cabezal de rotacin debe ser diseado; para manejar las cargas axiales de lasvarillas, el rango de velocidad a la cual debe funcionar, la capacidad de freno y la

potencia necesitara.

Este es un equipo de accionamiento mecnico instalado en la superficie

directamente sobre la cabeza de pozo. Consiste en un sistema de rodamientos o

cojinetes que soportan la carga axial del sistema, un sistema de freno (mecnico o

hidrulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser undispositivo externo.

Un ensamblaje de instalacin que incluye el sistema de empaque para evitar la

filtracin de fluidos a travs de las conexiones de superficie. Adems, algunos

cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes

mecnicos o poleas y correas.

La torsin se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta

grampa. El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical

de la sarta de varillas de succin (a semejanza del sistema buje de

impulso/vstago de perforacin). El pes de la sarta de varillas se halla

suspendido a una grampa, provisto de cuatro pernos.


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La barra se puede levantar a travs del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y

lavar la bomba por circulacin inversa.

Cabezales de rotacin


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Plano del cabezal de una BCP.


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Descripcin de las partes del cabezal para BCP.

1. base porta empaque

2. tuerca porta empaque

3. buje centralizador de tuerca empaque4. buje centralizador inferior

5. deflector ecolgico

6. bulones 10/32 anclaje buje de tuerca

7. cuerpo principal

8. tapa superior

9. eje motriz pasaje hasta 1 1/2"

10. rodamiento 29420

11. rodamiento nj 221

12. rodamiento nj 214

13. cao gua

14. visor

15. reten inferior

16. mesa porta polea

17. bulones alem 3/4 x 2 1/4"

18. caliper de freno19. disco de freno

20. bulon alem 12 x 175 x 35

21. caja comando hidrulico

22. motor hidrulico

23. correa sincrnica 90 x 190

24. engranaje 22 dientes

25. engranaje 42 dientes


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Sistema de transmisin.

Como sistema de transmisin se conoce el dispositivo utilizado para transferir la

energa desde la fuente de energa primaria (motor elctrico o de combustin

interna) hasta el cabezal de rotacin.

Para la transmisin de torsin de una mquina motriz a una mquina conducida,

existen al menos tres mtodos muy utilizados: Transmisin con engranajes,

correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos. Dependiendo de la

potencia, posicin de los ejes, relacin de transmisin, sincrnica, distancia entre

ejes y costo; se seleccionar el mtodo a utilizar.

En la mayora de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a

velocidades menores a 150 RPM, es usual utilizar cabezales con caja reductorainterna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisin, como correas y

poleas. Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM,

lo que traera como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la

insuficiente disipacin de calor.

Sistema de correas y poleas.

Sistema de Freno


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La segunda funcin importante del cabezal es la de frenado que requiere el

sistema. Cuando un sistema BCP esta en operacin, una cantidad significativa de

energa se acumula en forma de torsin sobre las varillas.

Si el sistema se para repentinamente, la sarta de varillas de bombeo libera esa

energa girando en forma inversa para liberar torsin. Adicionalmente, a esta

rotacin inversa se le suma la producida debido a la igualacin de niveles de fluido

en la tubera de produccin y el espacio anular, en el momento de la parada.

Durante ese proceso de marcha inversa, se puede alcanzar velocidades de

rotacin muy altas.

Al perder el control de la marcha inversa, las altas velocidades pueden causar

severos daos al equipo de superficie, desenrosque de la sarta de varillas y hasta

la rotura violenta de la polea el cabezal, pudiendo ocasionar esta situacin daosseveros al operador.

Caractersticas de sistema de frenado.

El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta

potencia con bombas de gran dimensin.

El motor hidrulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta

inmediata en ambos sentidos de giro. El manifould comando permite un rango de regulacin segn las exigencias

del equipo. Ya que se puede optar por un freno progresivo, as evitando

aprisionamiento de la bomba de fondo; caso contrario se puede optar por

un bloqueo del mismo segn los requerimientos operativos.

El freno de disco asegura una mejor dispersin del calor generando un

frenado prolongado.

Las pastillas del freno se pueden reemplazar fcilmente en el campo por el

buen acceso al caliper de freno que se tiene.

El freno funciona automticamente tan pronto como hay contrarrotacin y la

velocidad de contrarrotacin se puede ajustar fcilmente por el alto rango

de regulacin que consta el manifould comando.


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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS SIGUIENTES:

Freno de accionamiento por friccin: Compuesto tradicionalmente de un

sistema de disco y pastillas de friccin, accionadas hidrulicamente o

mecnicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa. La mayora de estos

sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal, con el disco

acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal. Este tipo de freno es

utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP.

Freno de accionamiento Hidrulico: Es muy utilizado debido a su mayor

eficiencia de accin. Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste

en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentidode las agujas del reloj (operacin de una BCP). Al ocurrir la marcha hacia atrs, el

plato acciona un mecanismo hidrulico que genera resistencia al movimiento

inverso, lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y

se disipe la energa acumulada. Dependiendo del diseo del cabezal, este

mecanismo hidrulico puede accionarse con juegos de vlvula de drenaje,

embragues mecnicos, etc.

Diseo


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INSTALACIN DE EQUIPOS.

Instalacin de Equipos de Subsuelo.

Conexin del niple de paro.

Tal y como se coment en prrafos anteriores, la funcin del niple de paro (stop

pin), es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor, adems

impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla, estas y el rotor

lleguen al fondo del pozo, facilitando las labores de pesca.

Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de

paro, en estos casos el procedimiento siguiente se omite; sin embargo, losestatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos

independientes, en este caso el operador determina de manera arbitraria cual ser

el extremo inferior del estator y all conecta el niple de paro.

Este niple se conecta directamente al estator y bajo l se pueden roscar equipos

adicionales, tales como: ancla de gas, anclas de tubera, filtros de arena, etc.

Hay niples de paro que constituyen una pieza integral, mientras otros constan de

dos partes, un niple corto de tubera y una combinacin (o botella) la cual se

caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegar

el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento

Conexin del niple de maniobra al estator.

Es necesario colocar un niple de tubera de unos 4, 6 u 8 pies de largo sobre el

estator para permitir el manejo del mismo en superficie. Es recomendable instalar

un niple de dimetro mayor al del estator, ya que esto impedir que el cuello de

conexin del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento

excntrico de aquel.


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El niple de maniobra deber apretarse fuertemente, inicialmente se puede apretar

en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminar de apretar

con llave hidrulica.

Se deber medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el

niple de maniobra (ambos inclusive). Esta medida ms la longitud de la tubera de

produccin se establecer como la profundidad de la bomba y con este valor se

pueden estimar el nmero de cabillas que ser necesario bajar al pozo.

Espaciamiento del rotor.

La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator, esto tiene la

finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche

toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que

por cada cavidad que se deje de formar se actuar en detrimento de la eficiencia

de la bomba en cuanto a la altura o Head.

El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de

paro y el extremo inferior del rotor, para garantizar la formacin de todas lasetapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones

de operacin.

Para calcular esta separacin (S) se debe considerar la elongacin que ha de

experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinmicas, esta elongacin se

debe al esfuerzo axial que acta sobre la sarta generado por la carga debida al

diferencial de presin que levanta la bomba; adems se suma la elongacintrmica, producto de la temperatura a lo largo del pozo. Este estiramiento depende

tambin del dimetro de las cabillas y el modelo de la bomba


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Espaciamiento del rotor.

Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la

Te de produccin, este se conoce como punto muerto (marca A).

E. Comenzar a subir el encabillado muy lentamente, hasta que el indicador de

peso seale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto

B.) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensin y el rotor apenas

se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D), realizar marca B.

F. El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario, hasta que la

posicin de las marcas coincidan. A partir de la marca B levantar las cabillas la

distancia S calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b). En


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este punto el rotor est correctamente espaciado para las condiciones de

operacin previstas en el diseo.

G. Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca B

hasta donde se desconect la sarta. Esta medida se llamar X.

A partir de este punto las operaciones dependern del tipo de equipo de superficie

o cabezal de rotacin a instalar (eje slido o hueco), pero bsicamente se trata de

ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y

la barra pulida (o el eje slido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a

X, de manera de garantizar el espaciamiento del rotor.

En el siguiente punto se expondr la instalacin de los equipos de superficie, estas

operaciones dependern obviamente de los equipos considerados. En este trabajo

se considerarn sistema cabezales de rotacin con motorreductor (de ejes slidos)y los equipos de polea y correa (eje hueco).

INSTALACIN EQUIPOS DE SUPERFICIE

INSTALACIN DEL CABEZAL DE ROTACIN Y MOTORREDUCTOR.

INSTALACIN DEL CABEZAL DE ROTACIN.

Para instalar los cabezales de rotacin, es necesarios observar todas las normas

de seguridad, ya que la operacin es delicada debido la manipulacin de cargas

elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo.

Segn la marca y modelo de cabezal, este procedimiento tendr algunas

variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de

cabillas.

De manera general para cabezales de eje slido el procedimiento que se debeseguir es:

A. Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecin con guayas.

B. El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado, para ajustar las

cabillas al eje del cabezal, se deben utilizar llaves manuales y extensiones

(policas).


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C. Se levanta el cabezal de rotacin, y se retira el elevador de cabillas.

D. Se fija el cabezal de rotacin a la brida sobre la Te de produccin, apretando

los pernos fuertemente.

E. Se ajusta el mecanismo antiretorno, para proceder a llenar la tubera de

produccin y realizar la prueba de presin.

F. Si es cabezal es lubricado por aceite, se debe retirar el tapn ciego y colocar en

su lugar el tapn de venteo, el cual permite que los gases sean liberados y los

sellos se mantengan en buen estado.

G. Ajustar el/los tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de

presin, dando el mismo ajuste a cada uno de ellos. Una vez terminada la prueba

de presin se deben liberar un poco para permitir la lubricacin del eje con los

lquidos provenientes del pozo.Un prensa-estopas muy ajustado originar un desgaste prematuro de las

empaquetaduras y quizs del eje de rotacin. Si por el contrario queda poco

ajustado, puede ser causa de derrames de crudo.

Una vez instalado el cabezal de rotacin, se puede realizar la prueba de presin.

Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de

Trailer) por 15 minutos como mnimo. Si la presin se mantiene, se contina con la

instalacin del equipo motriz, si la presin decrece, se verifica o descarta la

existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vlvulas de paso, Vlvulas

check, etc. Si la cada de presin persiste, se retira el cabezal de rotacin y se

verifica le espaciamiento del rotor, se reinstala el cabezal de rotacin y se vuelve a

probar. Si persiste la cada de presin, se debe sacar la completacin. Es

importante destacar que en algunos casos la prdida de presin puede ser un

comportamiento esperado ya que segn las caractersticas de los fluidos del

yacimiento, de la temperatura, del tipo de elastmero y el tipo de rotor utilizado

pudo considerarse en el diseo un ajuste holgado entre el elastmero y el rotor de

manera de que una vez que el polmero reaccione qumica y trmicamente se

hinche proporcionando el sello adecuado, en estos casos, estando la bomba

inmersa en el fluido de completacin (generalmente agua fresca) no se garantiza

el sello en las primeras horas (a veces das) de operacin.


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INSTALACIN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS.

INSTALACIN DEL CABEZAL DE ROTACIN.

Para estos equipos el procedimiento es el siguiente:

A. Conectar el lado hebra de la unin de golpe a las rosca inferior del cabezal y el

lado macho a la Te de produccin.

B. Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa.

C. Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la

cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a travs del prensaestopas y del

eje impulsor hueco. La barra pulida sobresale ahora del eje hueco.

D. Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal, conectar el mismo a labarra pulida y enroscar un ponnyrod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo

superior.

E. Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el

paso B.

F. Conectar el cabezal a la Te de produccin por medio de la unin de golpe.

G. Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta

que se asiente la grapa en el eje impulsor. El rotor est correctamente espaciado y

el cabezal est listo para conectar el sistema motriz.

INSTALACIN DEL SISTEMA MOTRIZ.

A. Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal.

B. Colocar la plancha de fijacin del motor y fijar este en la misma.

C. Conectar el cable de alimentacin elctrica del motor de modo que la rotacin

sea a la derecha.

D. Colocar las poleas.

E. Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al

mismo nivel.

F. Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de

fijacin del motor con el fin de darles la tensin requerida.

G. Colocar el guarda-correas.


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PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA

Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos,

retardadores o preventores de giro inverso estn debidamente ajustados. Si sequiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la

mnima permitida por el sistema instalado (segn sea un motovariador o sistemas

con variadores de frecuencia), de esta forma la parada ser suave y en los

equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija, se

garantiza que el arranque posterior se realizar a la mnima velocidad.

Cuando se va arrancar el sistema, es necesario verificar que no existan vlvulas

cerradas a lo largo de la lnea de produccin del pozo y as mismo las vlvulas en

los mltiples de las estaciones.

Una prctica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos, consiste en

llenar la lnea de produccin con agua despus de una parada prolongada del

sistema o durante un intervencin del pozo, con la finalidad de evitar

obstrucciones al enfriarse el petrleo lo que traera como consecuencia un

aumento del torque (y por ende, un incremento de corriente) en el arranque del

sistema. Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla, se puedeinyectar diluente en la lnea de produccin unos minutos antes de realizar el

arranque. El caso ms grave es cuando existen fallas breves de energa elctrica,

donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin

sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a mxima carga, ya

que las lneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo, por lo tanto

el sistema demandar la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la

inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la lnea de flujo.

Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una

rampa de arranque para el motor elctrico, con lo cual se reduce el pico de torque

y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto

los componentes elctricos como mecnicos.


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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las

variables de operacin y control, estas forman parte de la informacin necesaria

para realizar a posteriori un adecuado diagnstico y optimizacin del conjunto.

Hoy en da, considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores

han quedado atrs y con la utilizacin masiva de los variadores de frecuencia en

este mtodo de produccin, facilitan las mediciones de estas variables.

Para las mediciones en vaco es necesario desacoplar la carga del sistema

motriz, en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra

separando los acoples mecnicos, mientras que en los equipos de polea y

correas, es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea

conducida.

La variables a medir son las siguientes:

Velocidad de Rotacin (r.p.m.)

Frecuencia (Hz)

Velocidad del motor (r.p.m.)

Intensidad de la corriente (Amp)

Tensin en la red (Volt.)

Tensin de salida (Volt.)

Torque (lb-pie)

Potencia (Kw o Hp)

Temperatura en el Variador de Frecuencia (C o F).

Presin en el cabezal del pozo (lpc)

Variables analgicas o digitales de sensores instalados en el pozo

(subsuelo o superficie), tales como presin o temperatura.

Adicionalmente, es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos

instalados, tales como torque, relacin de reduccin de la caja, potencia, corriente,

tensin, etc.


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Toda esta informacin puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en

el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada, curvas

de vida til de los rodamientos del cabezal, etc.

Una vez registrados todos estos parmetros, y verificando que las condiciones en

las lneas y en la estacin de flujo as lo permitan, se proceder con el arranque;

para lo cual, ser necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los

acoples, colocar las correas alas poleas, etc.) y arrancar el sistema a baja

velocidad.

Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacin y

esperar que el conjunto pozo sistema de bombeo se estabilice antes de

proceder con la optimizacin.

Dependiendo de los fluidos producidos, de la temperatura de fondo y del tipo de

elastmero, el hinchamiento ser mas rpido o mas lento. Durante la fase de

hinchamiento es posible que la eficiencia volumtrica de la bomba sea baja (a

veces muy baja) por lo cual, las medidas de torque, potencia, presiones de

superficie y la produccin propiamente dicha del pozo sern relativamente bajas.

Durante estos primeros das, se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las

variables de operacin a diario, de manera de observar el comportamiento del

sistema y su relacin con el hinchamiento del elastmero.

Una vez que se determine que el sistema yacimiento - pozo equipos de

produccin estn estabilizados, se proceder con el proceso de optimizacin.

Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccin, disminucin en

la sumergencia de la bomba, incrementos en la presin del cabezal (presin en la

tubera de produccin) en el torque y en la potencia requerida.


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TPICOS PROBLEMAS DE OPERACIN EN SISTEMAS

Problema 1: Bajo caudal y Baja eficiencia volumtrica. (La velocidad es la

prefijada el rango de corriente esta normal).

CAUSA PROVABLE ACCIN RECOMENDADA

Rotor no esta totalmente

insertado.

Verifique el espaciado y corrija si es necesario

Presin de descarga de

bomba inferior a la

necesaria

Verifique la altura de elevacin necesaria por

clculo. Cambie el rotor si es necesario.

Rotor bajo medida para la

temperatura del pozo

Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado.

Cambie el rotor si es necesario

Perdida en la tubera Busque el tubing roto y cambie la unin

Alto GOR

Provea medios para anclas de gas natural,

instalando la bomba por debajo del punzado y/o

usando un filtro de cola en el fondo de bomba. Use

algn tipo de ancla de gas.

Reemplace la bomba por una de mayor

desplazamiento. Corra la bomba a velocidades ms

bajas para evitar desgastes prematuros yacortamiento de la vida de la bomba.

La productividad del pozo es

inferior a la esperada.

Verifique el nivel de fluido, reduzca la velocidad de

bomba. Monitoree los cambios en la eficiencia

volumtrica. Compare con las de curvas

recomportamiento de la bomba.

Altas perdidas por friccin

por el uso de

centralizadores

Replantee la necesidad de centralizadores. Si hay

disponibles use otro tipo de centralizador.

Reemplace la bomba por otra que permita girar

ms lento sin centralizadores. Cambie la tubera si

es posible

Estator esta desgastado Saque la bomba. Llvela a un banco de ensayo y si

es necesario reemplcela.


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Admisin de bomba tapada

Levante el rotor fuera del estator, desplace fluido

por el tubing para limpiar el estator, re-espacie,

ponga en produccin y cheque la produccin.

Problema 2: Caudal intermedio. Baja eficiencia volumtrica. (Velocidad normal.

Consumo dentro del lmite esperado).


Condicin de falta de nivel

Verifique el nivel. Baje la velocidad de bomba.

Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM. Si

es necesario cambie la bomba para cumplir losrequisitos de produccin.

Alto GOR

Provea medios para anclas de gas natural.

Instalando la bomba por debajo de punzado y/o

usando un filtro de cola en el fondo de bomba. Use

algn tipo de ancla de gas.

Reemplace la bomba por una de mayor

desplazamiento. Corra la bomba a velocidades msbajas para evitar desgastes prematuros y

acortamiento de la vida de la bomba.

Bomba daada o

sub.-daada

Saque la bomba.

Cheque en el banco para poder usarla en otra

aplicacin.

Verifique los requerimientos hidrulicos de la

instalacin. Reemplace la bomba por otra de mayor

capacidad de presin y caudal para poder bajar las

RPM.


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Problema 3: Caudal intermitente. Pobre volumtrica eficiencia. (Velocidad ms

baja que la normal. Consumo ms alto que el esperado).

CAUSA PROVABLE ACCI N RECOMENDADA

Mal espaciado. Rotor

tocando en el niple de paro.

Levante el rotor. Re-espacie. Re-arranque. Cheque

todos los parmetros.

Rotor aprisionado por

exceso de temperatura o

ataque qumico.

Saque la bomba, cheque la temperatura de fondo.

Verifique el anlisis qumico del fluido.

Si es necesario cambie la formulacin del

elastmero.

Rotor aprisionado por

slidos.

Levante el rotor y lave el estator.

Problema 4: Sin produccin. Perdida de velocidad gradual. (Consumo ms alto

que el esperado).


Mal espaciado. Rotor en

contacto con el niple de

paro.

Levante el rotor. Re-espacie. Re-arranque. Cheque

todos los parmetros. Cambie la bomba si es

necesario.

Elastmero hinchado

aumenta la friccin con el

rotor.

Saque la bomba. Verifique la temperatura de fondo.

Seleccione un nuevo rotor.

Analice el fluido. Cambie la composicin del

elastmero para cumplir con las condiciones de

fondo.

Alta interferencia entre rotor

y estator.

Reemplace la bomba par otra capacidad de presin

y caudal con destinto ajuste de compresin.

Seleccione rotor.

Monitoreo de consumo.


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Problema 5: Sin produccin. Velocidad normal. (Consumo bajado).


Rotacin contraria. Verifique el giro. Verifique si no hay pesca.

Re-arranque.

Rotor no esta insertado en

el estator.

Verifique las medidas de instalacin.

Re-espacie. Re-arranque.

Monitoreo del caudal.

Estator y rotor daado.

Cheque la profundidad de bomba y compare con la

longitud de barras cheque la presin. Cambie

partes si es necesario.

Rotor o barras de pesca. Profundice la instalacin. Re-espacie.

Saque y repare. Cambie la bomba.

Tubing sin hermeticidad. Verifique nivel de presin. Saque la columna de

produccin repare la pesca.

Tubing desenroscado o

cortado.

Verifique el espaciado.

Saque la sarta de barras y tubing, repare.

Problema 6: Perdida a travs del sistema de sello permanecen altas a pesar de

haber ajustado el selloCAUSA PROVABLE ACCIN RECOMENDADA

Las empaquetaduras estn

gastadas.

Verifique el estado de las empaquetaduras.

Reemplace si es necesario.

Camisa de revestimiento

esta gastada.

Verifique la camisa y reemplace si esta daada.

Cambie tambin las empaquetaduras.

Problema 7: Correas cortadas frecuentemente. (Velocidad buena. Corriente

dentro de lo esperado).


Mal alineamiento entre

correas y poleas.

Verifique y corrija si es necesario.

Poleas gastadas y/o rotas. Verifique y cambie si es necesario.


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Las correas no son

adecuadas para la

aplicacin.

Verifique si el perfil es el correcto para la polea.

Reemplace por el adecuado juego de correas o

poleas.

Solicite soporte tcnico desde algn representante.

Problema 8: Nivel de aceite, baja en un periodo de tiempo corto.


Sistema de sello esta

daado, gastado o mal

ajustado.

Verifique el sello reemplcelo si es necesario.

Compltele nivel de aceite. Arranque y verifique

perdidas.

Tapn de drenaje esta

suelto

Reapret el tapn.

Problema 9: Perdida a travs del sistema del sellado del vstago.


Sistema de sello esta

daado, gastado o mal

armado.

Cheque los elementos de empaque. Reemplcelos

si es necesario.

Sistema de empaque suelto. Verifique el ajuste. Reajuste.

El vstago usado tiene lazona de empaque gastada

daada.

Cheque el vstago en la zona de sello.Cmbielo si no fuera posible cambiar su posicin

sin variar el espaciado.

Problema 10: Temperatura del aceite del cabezal es alta.


Cabezal girando a mayor

velocidad que la

recomendada, para ese

modelo.

Verifique la velocidad. Cambie la relacin de poleas

para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al

desplazamiento de bomba.

Cambi el tipo de cabezal por una eleccin, mas

adecuada a la aplicacin.

La especificacin del aceite

no es la recomendada.

Verifique el aceite. Reemplace si fuera necesario.


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Nivel de aceite ms alto que

el recomendado.

Verifique el final de aceite y corrjalo si es

necesario.

RANGO DE APLICACIN

Produccin de crudo pesado y bitumen (< 12 API) con cortes de arenahasta 50.

Produccin de crudos medianos (de 12 a 20 API) con contenido limitadode H2S.

Produccin de crudos livianos dulces (> 20 API) con limitaciones en elcontenido de aromticos.

Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y temperaturas relativamente

altas. Evaluacin de nuevas reas de produccin.

Ventajas del sistema PCP

Los sistemas BCP tienen algunas caractersticas nicas que los hacen ventajosos

con respecto a otros mtodos de levantamiento artificial, una de sus cualidades

ms importantes es su alta eficiencia total. Tpicamente se obtienen eficiencias

entre 50 y 60 %. Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son:

Produccin de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises.

La inversin de capital es del orden del 50% al 25% del de las unidades

convencionales de bombeo, dependiendo del tamao, debido a la

simplicidad y a las pequeas dimensiones del cabezal de accionamiento.

Los costos operativos son tambin mucho ms bajos. Se seala ahorros de

energa de hasta 60% al 75% comparado con unidades convencionales de

bombeo eficiente. El sistema de accionamiento es tambin eficiente a

causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan, solo giran.

Los costos de transporte son tambin mnimos, la unidad completa puede

ser transportada con una camioneta.


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Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del

estator y al mecanismo de bombeo.

La presencia de gas no bloquea la bomba, pero el gas libre a la succin

resta parte de su capacidad, como sucede con cualquier bomba, causando

una aparente ineficiencia.

Amplio rango de produccin para cada modelo, rangos de velocidades

recomendados desde 25 hasta 500 RPM, lo que da una relacin de 20 a 1

en los caudales obtenidos. Este rango se puede obtener sin cambio de

equipo.

La ausencia de pulsaciones en la formacin cercana al pozo generar

menor produccin de arena de yacimientos no consolidados. La produccinde flujo constante hacen ms fcil la instrumentacin.

El esfuerzo constante en la sarta con movimientos mnimos disminuye el

riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo.

Su pequeo tamao y limitado uso de espacio en superficies, hacen que la

unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos

mltiples y plataformas de produccin costa fuera.

El bajo nivel de ruido y pequeo impacto visual la hace ideal para reas

urbanas.

Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las

partes mviles.

Simple instalacin y operacin.

La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad

de fluidos

Puede ser regulada la tasa de bombeo segn las exigencias del pozo,

mediante la variacin de la rotacin en el cabezal accionado, esto se

efecta con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacin.


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Bombea con ndices de presin interna inferior al de las bombas

alternativas, lo que significa menor flujo en la columna del pozo para

alimentarla, pudiendo succionar a una presin atmosfrica.

La produccin del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de

rotacin y esta se efecta mediante el cambio de poleas o usando vareador

de velocidad.

Al contrario del sistema alternativo, el PCP presenta un torque constante en

la sarta de bombeo dentro del pozo, tienen menos friccin, reduciendo

significativamente el consumo de energa, llegando a economizar hasta

50% la energa comparado con otros mtodos.

Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la

necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos

disminuyen o prestan variaciones en la produccin.

El tamao, menor peso, permite economizar el transporte y aligera su

instalacin.

A diferencia del sistema alternativo, este mtodo no ofrece riesgos de

accidente.

Las roscas de lnea API permiten una conexin directa, sin necesidad de

adaptaciones al mudar el sistema de los pozos, de alternativas al PCP.

La simplicidad del equipo, reduce costos en mantenimiento de lubricacin y

reemplazo de partes.

Tipos e aromticos comunes encontrados en petrleo xileno, benceno,

tolueno a porcentajes no mayores de 3%.


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Desventajas Del Sistema PCP

Los sistemas BCP tambin tienen algunas desventajas en comparacin con los

otros mtodos. La ms significativa de estas limitaciones se refiere a las

capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba, as como la

compatibilidad de los elastmeros con ciertos fluidos producidos, especialmente

con el contenido de componentes aromticos. A continuacin se presentan varias

de las desventajas de los sistemas BCP:

Resistencia a la temperatura de hasta 280F o 138C (mxima de 350F

o 178C).

Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastmeros pueden hincharseo deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por perodos

prolongados de tiempo).

Tendencia del estator a dao considerable cuando la bomba trabaja en

seco por perodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se

obstruye la succin de la bomba, el equipo comienza a trabajar en

seco).

Desgaste por contacto entre las varillas y la caera de produccin en

pozos direccionales y horizontales.

Requieren la remocin de la tubera de produccin para sustituir la

bomba (ya sea por falla, por adecuacin o por cambio de sistema).

Sin embargo, estas limitaciones estn siendo superadas cada da con el desarrollo

de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y diseo de los equipos.

En su aplicacin correcta, los sistemas de bombeo por cavidades progresivasproveen el ms econmico mtodo de levantamiento artificial si se configura y

opera apropiadamente.


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ANEXO

Gua para el diseo de un equipo PCP

A continuacin se detallan los pasos a seguir para calcular y analizar las variablesde diseo de una instalacin de bombeo PCPum (Bomba de cavidadesprogresivas). Los pasos siguientes son:

1. Datos del pozo.2. Datos de la bomba.3. Calculo terico del caudal.4. Calculo de presin sobre la bomba.5. Calculo de la potencia consumida.6. Calculo de torques.7. Calculo de esfuerzos axiales: Debidos a la presin sobre la bomba y al

peso de las varillas.8. Calculo de las tensiones combinadas.9. Calculo de estiramiento de la sarta de varillas.

Nota: Para este ejemplo, los clculos fueron realizados habiendo elegidopreviamente un modelo de bomba, teniendo en cuenta los requerimientos de

caudal.

1. Datos del pozo

Casing : 7Tubing : 3 7.4#Varilla: 1 x 25 grado DCaudal requerido: 225 [m3/d]Profundidad de instalacin: 900 [m bbdp]Nivel dinmico: 750 [m]

% de agua: 98Densidad del petrleo: 0.86Densidad del agua: 1.01Presin en boca de pozo: 10 [kg/cm2]

2. Datos de la bomba


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Marca: GEREMIA

Modelo: 20-40-2100

2000 PSI presin mxima 40 serie 4 de OD 2100 barriles/da 500 rpm

Geometra: Single lobular

Elastometro: NBRA (base nitrilica)

E: excentricidad del rotor

Pr: Paso del rotor

Pe: paso del estator = 2 * Pr

D d = 2 * E

Dimensiones de diseo de la bomba

D: 60 mm

d : 40 mm

E: 10 mm

Pe: 300 mm

Pr: 150


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Se plantea el ejercicio para determinar la constante volumtrica de la bombasegn sus dimensiones, Las cuales podran ser suministradas por el fabricante.

La seccin de cada cavidad generada es :

A = 4 * d * E

A = 4 * 4 (cm) * 1 (cm)

A = 16 (cm2)

La mnima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accin debombeo es un PASO (un paso de estator), esta es entonces una bomba de unaetapa. Cada longitud adicional de paso da por resultado una etapa mas. El

desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor(es funcin del rea y de la longitud de la etapa)

V = A * Pe

V = 16 (cm2) * 30 (cm)

V = 480 (cm3) = 0.00048 (m3)


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En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a lavelocidad de rotacin N.

Q = V * N = V * RPM = 1/min

Q = 0.00048 (m3) * 60 min/h * 24 h/da

Q = 0.6912 (m3/d/ RPM) (cte volumtrica C)

4. Calculo de presin sobre la bomba (TDH)

La presin total sobre la impulsin de la bomba esta dada por los siguientestrminos:

a. Pbdp :Presin de boca de pozob. P. friccin : perdida de carga por friccin entre tubing y varillac. P. Nivel : presin debido a la columna de liquido a elevar

a) Pbdp = 10 Kg/cm2b) P. Friccin = longitud tubing * factor de perdida de carga

De la tabla 1 (frictionloss factor) para un caudal de 220 m3/d y varilla de 1 dentro

de tbg de 31/2.

Factor = 0.000107 (Kg/cm2/m/cp)

Si consideramos que para una viscosidad aproximada de 1 (cp)

P. Friccin = 900(m) * 0.000107 (Kg/cm2/m/cp) * 1(cp)

P. Friccin = 0.09 Kg/cm2 (Aproximadamente 0 (*))

(*) Para fluidos con alto % de agua, la perdida de carga entre tubing y varillas esdespreciable. Esta situacin se ve favorecida a su vez por el dimetro del tubing.


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c) P. Nivel = columna de liquido (nivel dinmico) en (Kg/cm2)

Presin total (kg/cm2) = 10 + 75 = 85 Kg / cm2

5. Calculo de la potencia consumida

Potencia Hidrulica (HHp) = Caudal (m3/d) * Presin (Kg/cm2) * 0.0014

Potencial consumida (Hp) = HHp / n


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Donde n es el rendimiento energtico = (potencia terica)/(potencia suministrada)

Para el caso de bombas PCP se considera un rendimiento aproximadamenteentre (0.6 0.7) en este caso en particular consideramos un n = 0.6

HHP = 225 (m3/d) * 85 (Kg/cm2) * 0.0014

HHp = 26.7

Hp = 26.7 / 0.6 =aproximadamente= 45Hp

6. Calculo de torque

Al transmitir la rotacin al rotor desde superficie a travs de las varillas debombeo, la potencia necesaria para elevar el fluido me genera un torque resistivo

el cual tiene la siguiente expresin:

Torque = K * Hp / RPM (Ecu. 1)

Torque: Torque hidrulico + Torque friccin + Torque resistivo

Torque hidrulico, funcin de(presin de bdp, presin porfriccion, presin por nivel

dinamico).Torque por friccion en bomba,friccion entre rotor y estator.Este parmetro se puedeobtener de las medicionesrealizadas en un test de banco.Torque resistivo, friccion entrevarillas y tubing. El mximotorque resisitivo esta en bocade pozo.


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Para nuestro caso solo consideraremos el torque hidrulico debido a su incidencia.Si bien el torque por friccin posee un valor relativamente bajo, el mismo se puedeincrementar al producir fluidos con arena o si el elastmero del estator comienzaa endurecerse o hincharse.

Debemos calcular a cuantas RPM deber girar el rotor (lasvarillas) para podercalcular el torque requerido en superficie.

Cte volumtrica = 0.6912 (m3/d/RPM) = C

Efic = eficiencia volumtrica

Q (m3/d) = C * RPM * efic

Para estimar la eficiencia volumtrica de la bomba analizaremos la curva de testa 300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir. Se puede observar

que a la presin de 85 (Kg/cm2) (la cual fue la contra presin a la salida de labomba), el caudal a 300 RPM es de 180 (m3/d). Por otro lado el cual a 300 RPM y0 (kg/cm2) es de aproximadamente 200 (m3/d). Si consideramos este ultimocomo caudal al 100% de eficiencia volumtrica, podramos estimar la eficiencia enlas condiciones reales de operacin:

Efic (%) = 180 / 200 = 90% (*)

Para determinar las RPM de operacin estimadas:

RPM = Q (m3/d) / C / % efic/100

RPM = 225 (m3/d) / 0.6912 (m3/dia/RPM) / 0.9

RPM = 360

(*) Consideramos que la eficiencia volumtrica a 360 RPM esigual que a 300RPM. En la practica se puede observar, analizando las curvas de test, que laeficiencia volumtrica aumenta a medida que se incrementan las RPM(manteniendo la presin constante).

Volviendo a (Ecu. 1)

Torque = K * Hp / RPM K = 5252 para torque (lb*ft)

Torque (lb*ft) = 5252 * 45 (Hp) / 360

Torque = 656 (lb*ft) o 885 (N*m)


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7. Calculo de esfuerzos axiales

La carga axial que soportan las varillas de bombeo consta de dos componentesprincipales

a) Debido al peso de las varillas (F1)

Peso aproximado de la varilla 1 = 4.322 Kg/m

F1 = Longitud (m) * 4.322 (Kg/m)

F1 = 900 (m) * 4.322 (kg/m)

F1 = 3890 (Kg)

b) Debido a la presin sobre la bomba (presin diferencial) (F2)Para calcular la carga axial debido a la presin sobre la bomba se debe considerarel efecto de la presin sobre la proyeccin efectiva del rotor de la bomba (*)

F2 = Presin total * rea efectiva

(*) Llamamos proyeccin efectiva del rotor a la superficie proyectada del rotor,menos la seccin de la varilla de bombeo.

rea efectiva = rea proyectada del rotor - rea de la varilla de bombeo

Nota = por el catalogo de GEREMIA Weatherford, el rea efectiva para labomba 14-40-2100 y varillas de 1 de dimetros

rea efectiva = 18.14 (cm2)

F2 = 85 (Kg/cm2) * 18.14 (cm2)

F2 = 1540 (Kg)

F = 1540 (Kg) + 3890 (Kg)

F = 5430 (Kg)

8. Calculo de tensionescombinadas

Para calcular las tensiones combinadas se debe tener conocimiento de lascomponentes:


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Axial (tensin a la traccin ) : Tangencial ( tensin a la torsin) : T

Definiciones:

: tensin a la traccin = F / rea de la barraT: tensin a la torsin = M.torsor / Wt

M.torsor = Torque calculado = 656 (lb*ft) = 90 (Kg*m)Wt: Modulo resistente polar = Jp / radio de barraJp: Momento de inercia polar = * d 4 /32 (para una barra cilndrica maciza)

Tension combinada =

= 5430 (Kg) / 5.06 (cm2) = 1073 (Kg/cm2)Jp= 4.08 (cm4)Wt= 3.21 (cm3)

T= 90 (Kg*m) * 100 / 3.21 (cm3)T = 2803 (Kg/cm2)

Tensioncombinanda =

Tensin combinada = 5700 (Kg / cm2)

S = adm / calculadoadm varilla grado (D) = 6300 (Kg / cm2) (tensin de escurrimiento)


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9. Calculo de estiramiento de las varillas

Una vez bajada la instalacin de varillas de bombeo con el rotor se debe ajustarla medida de dicha sarta para que el rotor trabaje dentro del estator durantesu operacin.

Antes de la puesta en marcha, la columna de fluido entre el espacio anular tubing-casing es igual a la columna de liquido que se encuentra en el espacio anularvarilla-tubing FIG (1) . De esta forma no existe presin diferencial en la bomba,por lo tanto las varillas de bombeo no se encuentran sometidas a un estiramientodebido a la presin sobre el rotor. Cuando la bomba comienza a producir,aumenta la columna de lquido en el interior del tubing y se produce descenso delnivel de fluido en el anular casing-tubing FIG (2). Hasta llegar a una condicin deequilibrio dada por el ndice de potencial del reservorio. Este aumento en la cargaaxial en las varillas produce un estiramiento en la sarta de varillas de bombeo elcual esta regido por la ley de Hooke.

Esta distancia, junto a la longitud del niple de paro se deber tener en cuenta yaque permite realizar el ajuste de medida en condiciones estticas, las cuales semodificaran y adaptaran en condiciones dinmicas.


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Y = (L + LT) + D

Y: Elongacin total

L: elongacin debido a carga axial por presin diferencial

LT: elongacin debido a dilatacin trmica (solo se considera si instala un anclade tensin)

D: longitud del niple de paro (stop pin) = 50 cm (depende generalmente delmodelo de bomba)

L = lo * F2 / E * S

Lo: Longitud de la sarta de varillas (cm)

F2: Carga axial debido a presin diferencial sobre la bomba (Kg)

E: Modulo de elasticidad del acero (2000000 Kg/cm2)

S: rea transversal de la barra (cm2)

L = 900 (m) * 100 * 1540 (Kg) / 2000000 (Kg/cm2) * 5.06 (cm2)

L = 14 (cm)

Y = 14 + 50 = 64 (cm)

FIG 1: La sarta esta apoyada sobre (stop pin)

FIG 2: Se tensiona la sarta hasta recuperar el peso completo de la misma

FIG 3: Se levanta la sarta una distancia Y, y se realiza el ajuste de medida ensuperficie


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CONCLUSIONES

Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace ms confiable en la

produccin de petrleos pesados. Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en

el aporte de energa, ya que del petrleo pesado se puede sacar ms derivados.

El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologa que ha

demostrado ser una de las ms eficientes en levantamiento artificial, en la

produccin de petrleos con elevada viscosidad y en pozos de difcil operacin

(alta temperatura, presencia de gas y porcentajes de agua elevados), los

componentes de este sistema fue diseado para trabajar eficazmente en

condiciones extremas.

Utilizando este sistema se tendra una recuperacin rentable de petrleos

pesados, en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos, que los petrleos

convencionales. La seleccin de cada uno de sus componentes lo hace ms

eficiente que los otros sistemas de recuperacin secundaria.


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