Bombeo Mecanico (Unidades de Bombeo)

 

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UNIDADES DE BOMBEO: (Bombeo Mecánico-Pumping Beam) La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional del prime mover al movimiento ascendente descendente de la barra pulida. Una unidad de bombeo apropiadamente diseñada tiene el tamaño exacto de caja de engranaje y estructura. También tiene suficiente capacidad de carrera para producir el fluido que deseas. Si bien todas las unidades bombeo tienen características comunes, estas también tienen diferencias que podrían influenciar significativamente el comportamiento del sistema. Para maximizar la eficiencia del sistema necesitas entender las ventajas y las desventajas de las diferentes geometrías de las unidades de bombeo para las condiciones de los pozos. Esto puede hacerse simulando el sistema de bombeo con un moderno programa de diseño como el RODSTAR que puede asertivamente modelar todas la geometría de la unidades de bombeo. Con tales programas de computadora puede predecirse la producción, cargas, tensión, torque y consumo de energía para diferentes geometrías de unidades de bombeo para la aplicación. Este es la mas asertivo manera de comparar las unidades de bombeo. Diseño de la Unid ad. La API ha desarrollado un método estándar para describir las unidades de bombeo. Es como sigue:

C-320-256-100 Donde: C: C: Tipo  Tipo de Unidad 320: Capacidad 320:  Capacidad de la caja de Engranaje (MLbs-plg) 256: Capacidad 256:  Capacidad de la Estructura (Cientos de libras) 100: Longitud 100:  Longitud máxima de la carrera en pulgadas.

La letra C significa unidad convencional, tal como la unidad mostrada en la Figura 2.1.porLaaire. letraTambién M s significa ignifica una un unidad idad Mark y la letra A unae unidad balanceada pueden verse otras IIcombinaciones letras simples o dobles para nuevos tipos de unidades de bombeo tales como RM para unidades Lufkin Mark Reversas. El primer número es la designación del rango de carga de la caja de engranaje en libras-plg (torque), En el ejemplo, el rango de la caja de engranaje es hasta 320.000 lbs-plg. El segundo número es el rango de la estructura en cientos de libras. En el ejemplo este rango significa que para evitar sobre cargas en la estructura de la unidad, la barra pulida no debe exceder de 256.000 lbs. El ultimo numero muestra el longitud máxima de la carrera de la unidad en pulgadas (100 plg en el caso ejemplo). Unidades de bombeo usualmente tiene desde 2 hasta 5 longitudes de carrera. Los catálogos de las unidades muestran todas las longitudes de carrera disponibles. Geometría Ge ometría de las Unidades de Bomb eo: Las siguientes tres paginas muestran los tipos de unidades de bombeo más populares. Estas son:  Av. 19 entre calles 65 y 66 N° 65-64, frente al Colegio La Presentación. Maracaibo-Venezuela. Maracaibo-Venezuela. Tlf: 0261-7830228 / 7830731 Fax: 7830060. Pagina Web: upcovzla.com

 

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1. Tipo convencional 2. Mark II 3. Balanceadas por Aire Existen también otros varios tipos de unidad tales como las de bajo perfil, hidráulicas, hidráulicas, de carreras largas (tales co como mo Rotaflex), y otras unidades de geometría inusual. Sin embargo, la mayoría de los pozos son bombeados con los tres principales tipos de unidades mencionados. La razón principal de la duración de la popularidad de estas unidades de bombeo es por estas han sido usadas por mas tiempo que las otras y han probado ser confiables, durables, y fáciles de mantener. Dependiendo e la aplicación, hay ventajas y desventajas para cada tipo de unidad. Ninguna unidad puede reclamar para si el mejor comportamiento en todas las aplicaciones. Por ejemplo, si el espacio es limitado entonces una unidad balanceada por aire es la mejor opción por lo compacto de su diseño. Si se usan cabillas de fibra de vidrio entonces una unidad convencional será mejor que un Mark II como será explicado luego. En pozos profundos con cabillas de acero, una unidad Mark II puede tener torque neto mas bajos en la caja de engranaje, etc. manera acertada de encontrar la mejor geometría parade la unidadLapara una mas aplicación dada es usar programas predictivos computadora tales como el RODSTAR. Con estos programas se puede modelar la unidad de bombeo usando kinematica (características de movimiento) muy acertadamente, de la misma forma te permite comparar el comportamiento de diferentes unidades de bombeo para aplicaciones especificadas. También permite evaluar que sentido de rotación aplicarle al crank es mejor (En sentido de las agujas el reloj o en contra del sentido de las agujas). Nomenclatura de las Unidades de Bomb eo. Las siguientes figuras muestran los nombres de los componentes de las unidades de bombeo convencionales, Mark II y balanceadas por aire. Las siguientes son definiciones de algunos términos adicionales de las unidades de bombeo:

 Av. 19 entre calles 65 y 66 N° 65-64, frente al Colegio La Presentación. Maracaibo-Venezuela. Maracaibo-Venezuela. Tlf: 0261-7830228 / 7830731 Fax: 7830060. Pagina Web: upcovzla.com

 

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Desbalance estructural: Es estructural:  Es la fuerza que se necesita para que la barra pulida mantenga la viga viajera en una posición horizontal con los brazos pitman desconectados de los pins del crack. Esta fuerza es positiva cuando actúa hacia abajo y negativa cuando actúa hacia arriba. Ver la a la derecha para una explicación visual del desbalance estructural. El desbalance estructural para unidades convencionales puede ser igual positivo o negativo. Para unidades Mark II es siempre negativo.

 An gu l o de fas e del cr ank :   Este es el ángulo entre el pin del crack y los brazos de las contrapesas. La figura abajo muestra como se puede medir el ángulo de fase del crack. Para unidades Mark II el ángulo de fase es positivo. Para cranks del tipo Torqmaster este es negativo. Para la mayoría de las unidades bombeo convencionalesdeel ángulo de fase del crack es cero. El propósito del ángulo de fase del Crank es ayudar a reducir el torque en la caja de engranaje mejorando la fase entre las cargas en la barra pulida y el momento de las contrapesas.

 An áli si s K in emat ic o d e las l as Un id ades de B om beo : Para evaluar el comportamiento de los diferentes tipos de Unidades de bombeo, es importante simular acertadamente sus características kinematicas. El modelo kinematico puede usarse para calcular la posición angular, velocidad y aceleración de cualquier parte de la unidad de bombeo. Usando este método kinematico se pueden comparar la velocidad de la barra pulida y la aceleración de diferentes unidades,. Sin embargo, debe mantenerse en mente que el comportamiento del sistema de las unidades de bombeo depende en la interacción de todos los componentes del sistema. La geometría de las unidades de bombeo es un factor muy importante pero no es el único. Otros elementos incluyendo la profundidad del pozo, tamaño de la bomba, diseño de la sarta de cabillas, material de las cabillas, y tipo de prime mover. Por lo tanto, el modelo kinematico de la unidad de bombeo debe combinarse con el métodounidades predicativo de la ecuación de onda acertadamente de bombeo para condiciones de para pozo comparar dadas.  Av. 19 entre calles 65 y 66 N° 65-64, frente al Colegio La Presentación. Maracaibo-Venezuela. Maracaibo-Venezuela. Tlf: 0261-7830228 / 7830731 Fax: 7830060. Pagina Web: upcovzla.com

 

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La unidad de bombeo tiene una gran influencia en el comportamiento del sistema. Afecta las cargas en la barra pulida, carrera en la bomba, tamaño del prime mover, torques picos, y consumo de potencias. Un análisis matemático detallado de la geometría de la unidad de bombeo esta más ala del alcance de este curso. El método del análisis kinematico descrito en el paper # 12201 de la SPE provee una explicación detallada de cómo modelar unidades de bombeo, calcular factores de torque, y cualquier otro valor relacionado con la unidad en movimiento.

Geometría de una Unidad Convencional (Análisis Kinematico) GEOMETRIA / VENTAJA S-DES GEOMETRIA S-DESVENTAJAS VENTAJAS UNIDAD CONV CONVENCIO ENCIONAL NAL Ventajas: 1. 2. 3.

4. 5.

6.

Costos de Mantenimiento bajos. Cuesta menos que otras Unidades. Usualmente es mejor que la Mark II con sarta de cabillas de fibra de vidrio. Puede rotar en sentido horario y antihorario. Puede bombear más rápido que las Unidades Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo que las Mark II.

Desventajas: 1. 2.

En varias aplicaciones no es tan eficiente como el Mark II o otros tipos de unidades. Podría requerir cajas de engranaje más grandes que otros tipos de unidad (especialmente con cabillas de acero).

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UNIDAD MARK II Ventajas: 1. 2.

3.

Tiene menor torque en la mayoría de los casos. Podría costar menos (-5%, -10%) comparada con el siguiente tamaño en una unidad convencional. Es mas eficiente que las unidades convencionales en la mayoría de los casos.

Desventajas: 1.

2. 3. 4. 5.

En varias aplicaciones, no puede bombear tan rápido como una unidad convencional debido a su velocidad en la carrera descendente. Solo puede rotar en sentido antihorario. En caso de existir golpe de fluido podría causar mas daño a la sarta de cabillas y la bomba. Puede colocar la base de la sarta de de cabillas en severa compresión causando fallas por pandeo. Puede expe experimentar rimentar ttorques orques mas altos que que las unidades convencionales cuando se usan cabillas de fibra de vidrio, además, de la posibilidad de colocarlas en e n compresión.

UNIDAD BALANCEADA POR AIRE Ventajas:   1.

2.

3.

4.

Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades. Los costos de envió son mas bajos que otras unidades (debido a que pesa menos) Vienen en tamaños más grandes que cualquier otro tipo de unidad. Puede rotar tanto en sentido horario como antihorario.

Desventajas: 1.

2. 3.

Son más requieren

complicadas y mayor

mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire). La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio problema. La caja de engranaje podría dañarse si el cilindro pierde la presión de aire.

Otras características interesantes de las unidades balanceadas por aire son: 1. 2. 3.

perfecto contrabalanceo con el toque del dedo. Longitudes de carrera de hasta 20 pies para pozos con alto potencial. Fácil de Instalar.

Estas son algunas de las más sobresalientes ventajas de las Unidades balanceadas por aire. Estas Unidades emplean aire comprimido para balancear

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la unidad en vez de contrapesas en el crack o la viga viajera. El sistema de aire ha sido tan simplificado que las únicas partes en continua operación el cilindro de balanceo y el pistón. La capacidad de reserva del cilindro es aumentada con un receptor de acero que mueve el cilindro como una unidad. Estas Unidades pueden ser 35% más pequeñas y 40% más livianas que las unidades balanceadas con peso, lo que las hace ideales para usarlas como unidades portátiles o de prueba.

REVERSE MARK II Esta unidad ofrece una alternativa mejorada al diseño y geometría de las unidades convencionales. A pesar de las similitudes en la apariencia la geometría de las unidades Reverse Mark II pueden reducir el torque y los requerimientos de potencia en muchas aplicaciones de bombeo. En algunos ejemplos cajas de engranajes y motores más pequeñas pueden usarse.

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UNIDAD DE BOMBEO CHURCHILL Disponibles exclusivamente por el Fabricante Lufkin, estas ofrecen la misma dureza y resistencia que las unidades convencionales. Han sido utilizadas regularmente en pozos poco profundos.

UNIDADES DE BOMBEO DE BAJO PERFIL Unidades de bombeo compactas diseñadas para instalación en campos de irrigación con sistemas de aspersores móviles o en áreas urbanas donde las características del bajo perfil seria deseadas.

UNIDADES DE BOMBEO ROTAFLEX (Longitudes de Carrera largas) Este sistema utiliza tecnología probada e innovación en el diseño para proveer una eficiencia excelente y eficacia en los costos para pozos profundos, problemáticos y de alto potencial. Con la Unidad Rotaflex bombas de cabillas de succión pueden ser utilizadas en vez de bombas electro sumergible, o bombas hidráulicas de subsuelo. Usando todas las 306 pulgadas de longitud de carrera resultaría en ahorros operacionales e incremento de productividad. Las unidades Rotaflex virtualmente no tienen velocidades mínimas asegurando el incremento de su flexibilidad. Velocidades mas bajas y longitudes de carrera largas resultan en un llenado del barril más completo. Las cartas tomadasdiseños en aplicaciones Rotaflexlargas son similares carta teórica dinagraficas perfecta. Estos con carreras puedena lareducir  Av. 19 entre calles 65 y 66 N° 65-64, frente al Colegio La Presentación. Maracaibo-Venezuela. Maracaibo-Venezuela. Tlf: 0261-7830228 / 7830731 Fax: 7830060. Pagina Web: upcovzla.com

 

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significativamente los costos de levantamiento con las siguientes características: 1. Manejo eficiente de a altos ltos volúmenes, mayo mayores res cargas y des desviación viación de pozos. 2. Reduce el d desgaste esgaste en la las s cabillas y las tuberías. Increm Incrementando entando la vida útil. 3. Menos ciclos. 4. Aumento en la eficiencia del s sistema istema 5. Fácil de Instala Instalarr y hacer servicio. 6. Torques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de energía. 7. Reducción sig significativa nificativa de las cargas dinámicas dinámicas,, resultando en menores costos operacionales. 8. Proporciona una me mejor jor razón de compres compresión ión a la bomba lo que minimiza problemas de bloqueo por gas. UNIDADES DE BOMBEO STRAPJACK Las Unidades de bombeo strapjack combinan longitudes de carrera máximas y requerimientos de altura mínimos (similar al bajo perfil) permitiendo operación continua bajo sistemas de irrigación activos. Esta unidad es única y apropiada para aplicaciones especiales donde el impacto visual debe ser minimizado. Con este diseño de “bajo perfil” el impacto visual es reducida en áreas sensibles tales como parques y zonas residenciales. Mejorando la relación con los propietarios de las áreas mencionadas. UNIDAD DE BOMBEO B OMBEO DYNAPUMP Dynapump es un sistema de unidad de bombeo computarizado. El dynapump utiliza sensores electrónicos, equipamiento hidráulico y sistemas de monitoreo computarizado con el propósito de extraer petróleo lo mas eficientemente posible tanto para pozos profundos como para pozos someros. El Dynapump consiste en dos componentes principales que son la unidad de bombeo y la unidad de potencia. La unidad de potencia maneja la unidad de bombeo y es el control central del sistema. Este consiste en una computadora controlada con un sistema de modem radio, electrónica sólida, controladores de motor y bombas hidráulicas. Actualmente este equipo se utiliza en el Sureste de California, Texas, Nuevo México, Utah, Colorado y Venezuela. Algunas de estas unidades han excedido el record de producción de fluidos para sistemas hidráulicos, siendo capaces de producir tasas que superan los 10.000 Bls/d.

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Componentes princip ale Componentes ales: s: la fuerza de Cilindro Hidráulico:   Proporciona Hidráulico:  levantamiento. 1800 lpc es la máxima presión de diseño. Sistema de Poleas: Transmite la fuerza de levantamiento a la sarta de cabillas a través de una guaya Recipiente de gas: Actúa gas:  Actúa como un contrapeso y no tiene inercia.  Algunos accesorios interesantes ha lanzado al mercado Dynapump inc. Entre estos destaca la Dynopilot, que no es más que una palm pilot capaz de ajustar la velocidad y longitud de la carrera, adquirir cartas dinagraficas de superficie y calcular la de fondo en tiempo real.

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