Bombeo Mecánico 1

Bombeo Mecánico

INTRODUCCIÓN El sistema de bombeo mecánico es el método mas utilizado como levantamiento artificial. Aproximadamente el 80% de los pozos en los diferentes campos que usan sistemas artificiales, tienen instalado con bombeo mecánico. El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie. El balancín o bimba de producción, imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que a su vez mueve el pistón de la bomba, colocada en la tubería de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo, donde las válvulas de la bomba permiten que el aceite entre al cilindro de la bomba y posteriormente pase a la tubería de producción. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie.

Principios básicos Los fluidos fluyen de una región de alta presión a una de baja presión La cantidad de flujo en el fondo del pozo es determinada por el gasto de flujo que fluye frente a la formación.

Índice de Productividad

Bombeo Mecánico Reciprocante

UBM

Cabeza l Varillas de succión

Bomba subsuperficial

 Existen diferentes sistemas artificiales entre ellos el bombeo mecánico reciprocante.  Su función es extraer fluidos mediante un movimiento ascendentedescendente, que se transmite por medio de la sarta de varillas a la bomba colocada dentro de la TP en el fondo, cerca del yacimiento.  Los fluidos que se acumulan en la TR llegan a la superficie a través de la TP.

Componentes Principales  Unidad de Bombeo Mecánico.  Cabezal y Conexiones Superficiales UBM Cabezal

Varillas de succión

Bomba subsuperficial

 Sarta de Varillas.  Bomba Reciprocante.

APLICACIÓN  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

los fluidos 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.

EQUIPO SUPERFICIAL  Motor  Reductor de engranes  Unidad de bombeo SUBSUPERFICIAL  Bomba  Sarta de varillas

Tipo de Motores MOTOR ELÉCTRICO  Bajo costo inicial.  Menor costo de mantenimiento  Facilidad para ajuste en un sistema de automatización

MOTOR DE COMBUSTIÓN  Control de velocidad más flexible.  Menor costo de combustible.

Reductor de Engranes  Función: Reducir la velocidad del motor principal a

una velocidad de bombeo adecuada.

 Sujeto a una torsión máxima.  La polea de la unidad recibe la potencia del motor

principal a través de bandas.

Unidad Superficial FUNCIONES:  Transfiere la energía del motor principal a la

sarta de varillas.

 Convierte el movimiento rotatorio del motor a

uno oscilatorio

 Reduce la velocidad del motor a una velocidad

adecuada de bombeo

 Mantiene la verticalidad de la varilla pulida.

Unidades de Bombeo Mecánico 



Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBM’s, su función es convertir el movimiento rotativo de un motor en un movimiento reciprocante. Existen diferentes tipos de unidades, entre otras : Rotaflex, Hidroneumáticas, de balancín (bimba) En una Bimba el motor mediante el reductor de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín. En una UBH el motor mueve una bomba hidráulica para que mediante el sistema hidráulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos hidráulicos)

Unidades de Bombeo Mecánico 





El peso de la sarta de succión, la bomba y de la columna de fluidos desequilibran la fuerza necesaria para el movimiento reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el aparejo, y solo la gravedad para bajar. Para disminuir este esfuerzo, el peso del aparejo se equilibra o balancea con masas de acero (contrapesos), en el caso de la bimba y en el caso de la UBH con la fuerza que proporciona el nitrógeno a presión.

Una vez balanceado, solo es necesaria poca fuerza para subir y bajar la bomba en el fondo, esto reduce por mucho el consumo de energía necesaria, de ahí la importancia de un buen balanceo.

EL SISTEMA TRABAJA MÁS Y LAS CARGAS SON MÁS ALTAS CUANDO EL NIVEL FLUIDO ESTA MÁS CERCA A LA SUCCIÓN DE LA BOMBA.

Cabezal y Conexiones Superficiales

En el cabezal del pozo se utilizan válvulas para el control y manejo de los fluidos, así como accesorios para la operación del equipo de bombeo mecánico y el aparejo de producción.

Geometría de las Unidades - CLASE I Unidad Convencional

- CLASE III Aerobalanceada y MARK II

Unidad Convencional DESVENTAJAS

VENTAJAS  Tiene

bajo mantenimiento

costo

de

 Costos menores que otro tipo de unidades.  Es

usualmente mejor varillas de fibra de vidrio.

con

 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.

 En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.

 Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).

Cojinete Central

Balancín

Cabeza de Caballo

Compensador

Brazo Pitman (Bielas) Reductor de Engranes

Escalera

Freno

Guarda Bandas (Tolva)

Manivela

Cable Colgador

Barra Portadora o elevador

Cable del Freno

Poste Sampson Motor Principal Palanca del Freno

Varilla Pulida

Muñón Contra Peso

Patín

Fig. 28 Unidad de Bombeo Mecánico Convencional

Unidad Mark II VENTAJAS

DESVENTAJAS

 Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero).

 En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rápido como la Convencional, porque puede causar problemas de fallas en las varillas.

 Puede bajar costo (5 a 10 %) comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.

 Puede girar solamente sentido contrario a manecillas del reloj.

en las

 Puede causar más daño a las

varillas y bomba en caso de fluido pesado.

 Puede someter a la sarta de varillas en el fondo del pozo a severa compresión que puede causar fallas por pandeo.

Unidad Aerobalanceada VENTAJAS

DESVENTAJAS

 Es más compacta y más

 Es

fácil para balancear que otras unidades.

 Los

costos de transportación son menores que otras unidades.

 Puede girar en el sentido

de las manecillas del reloj o sentido contrario.

más complicada y requiere mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).

 La condensación de agua en

el cilindro puede causar problemas.

 La

caja de velocidades puede ser dañada si el cilindro pierde presión de aire.

Designación de Unidades 

El API ha desarrollado un método estándar para identificar y describir las unidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100

TIPO DE UNIDAD: C CONVENCIONAL M A AEROBALANCEADA

MARK II

TORSIÓN MÁXIMA QUE PUEDE TOLERAR LA FLECHA DEL REDUCTOR DE ENGRANES EXPRESADA EN 10³ (pg.lb)

LA LETRA D INDICA QUE TIENE UN DOBLE REDUCTOR DE ENGRANES.

CARGA MÁXIMA QUE SOPORTA LA VARILLA PULIDA EXPRESADA EN 10² (lb).

MÁXIMA LONGITUD DE CARRERA DE LA VARILLA PULIDA EXPRESADA (pg)

Varilla Pulida Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial. 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

Contrabalanceos de la Unidad Función  Reducir los requerimientos de torsión en el reductor de

engranes.

 Reducir el tamaño del motor principal (hp´s).  El efecto de contrabalanceo puede obtenerse contrapesos en el balancín, biela o manivela.

colocando

 El contrapeso tiene un peso aproximadamente igual al peso de las varillas más la mitad del peso del fluido.

Ejemplo Unidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzas de flotación, inercia y dinámicas. Wr = 10,000 lbs. Y Wf = 4,000 lbs. UNIDAD SIN CONTRABALANCEO

Carrera ascendente (Wr+Wf) – 0 = 14000 lbs. Carrera descendente (-Wr+ 0 ) = -10000 lbs.

UNIDAD CON CONTRABALANCEO

Carrera ascendente (Wr+Wf) – 12000 = 2000 lbs. Carrera descendente (-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.

Bomba Subsuperficial  Función Desplazar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie por el interior de la tubería de producción.  Componentes 1) Barril de trabajo 2) Émbolo 3) Válvula viajera 4) Válvula de pie

Partes de la Bomba Subsuperficial Cilindro de trabajo y camisa

Válvula viajera

Émbolo

Válvula estacionaria

Partes Básicas que Componen la Bomba Subsuperficial del Sistema de Levantamiento por Bombeo Mecánico

NOMENCLATURA DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES DE SUBSUELO

LA AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API) HA DISEÑADO UN MÉTODO PARA DESIGNAR LOS DISTINTO TIPOS Y DISEÑOS DE BOMBAS

Tipos de Bomba Bomba de Inserción: En la TP se coloca la zapata candado. La bomba completa (barril y pistón) se bajan dentro de la TP con las varillas.

Bombas de tubería: El barril y la zapata candado se baja con la TP. La válvula de pie puede bajarse con en la zapata o con el émbolo. El émbolo se baja después con las varillas.

La Bomba Reciprocante Está compuesta de dos partes principales: el émbolo y el barril cada uno con una válvula Ciclo de bombeo:  Émbolo hacia abajo cerca del final de la carrera, el fluido pasa a través del la válvula viajera, el peso de la columna es soportado en la válvula de pie.  Émbolo hacia arriba arrastrando los fluidos arriba de la válvula viajera, la válvula de pie admite fluidos del yacimiento.  Émbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, válvula de pie abierta y viajera cerrada.  Émbolo hacia abajo, válvula de pie cerrada por la compresión, la válvula viajera se abre por el mismo efecto.

Sarta de Varillas  La sarta de varillas de succión es un sistema vibratorio

complejo mediante el cual el equipo superficial transmite energía o movimiento a la bomba subsuperficial.

 La selección de la sarta de varillas depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operación de este.  Su diseño consiste en seleccionar la sarta más ligera y por lo tanto más económica, sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas.  El esfuerzo de trabajo depende de la composición química de las varillas, propiedades mecánicas y fluido bombeado.  Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.

Número de Varilla API Ejemplo: Varilla API No. 86

8/8 (1”)

86

7/8”

6/8” (3/4”)

Ciclo de Bombeo Mecánico (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.

Ventajas

UBM

Cabezal Varillas de succión

Bomba subsuperficial

•

Buena eficiencia.

•

Optimización y Controles.

•

Bajo costo de mantenimiento.

•

Desplazamiento Positivo.

•

Materiales para disminuir problemas de

Corrosión. •

Flexibilidad - Ajustar Producción a través de carrera y EPM.

Limitaciones •

UBM

Cabezal Varillas de succión

Bomba subsuperficial

Desgaste de varillas y TP en pozos desviados.

•

Altas Relaciones Gas-Aceite.

•

Limitación de la varillas para manejar las cargas-volumen.

• Decrece con la profundidad.

•

Cuestiones estéticas y ambientales.

Rango de Aplicación Rango Tipico

100 - 11,000’ TVD

16,000’ TVD

Volumen

5 - 1500 BPD

2000 BPD

Temperatura

100° - 350° F

550° F

Profundidad UBM

Cabezal Varillas de succión

Máximo*

Desviación

0 - 20°

0 - 90°