Bombeo Mecánico Basico2

BOMBEO

MECÁNICO

ITP Instituto Técnico

Sistema de Levantamiento Artificial Bombeo Mecánico

INTRODUCCIÓN AL BOMBEO MECÁNICO



CARACTERÍSTICAS DEL BOMBEO MECÁNICO



SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO Mecanismo mediante el cual se convierte el movimiento rotatorio del motor, en movimiento reciprocante vertical requerido para la barra lisa.



BOMBEO MECÁNICO •

Sistema relativamente simple de Operar y Analizar.

•

Unidades fácilmente intercambiables con otros pozos a un bajo costo.

•

Bajo condiciones promedio, puede ser usado hasta el limite económico del pozo.

•

Aplicable a pozos angostos y con múltiples completamientos.

•

Se puede bombear pozos con bajas presiones (depende de la tasa y la profundidad).

•

El sistema es usualmente venteado para la separación de gas y el nivel de fluido.

•

Pueden levantar crudos muy viscosos y a altas temperaturas.

•

Puede usarse Gas o Electricidad como fuente de potencia.

•

Fácil tratamiento en procesos de corrosión y Scale.

•

Operación Intermitente con dispositivos de control de Bomba Vacia.

•

Disponibilidad en diferentes tamaños.



BOMBEO MECÁNICO •

Unidad de Superficie requiere de grandes espacios. Obstrusivo y Pesado.

•

Gas libre en el pozo puede reducir drásticamente la producción de líquidos.

•

Susceptible a Problemas de sólidos en suspensión y/o Parafinas.

•

En pozos desviados presentan problemas de fricción.

•

La profundidad de la bomba es limitada debido principalmente a la resistencia mecánica de las varillas.

•

Esta limitado por profundidad de 16.000’. ITP Instituto Técnico


COMPONENTES DEL SISTEMA



EQUIPO DE SUPERFICIE. o o o o o o o

Motor Eléctrico o a Gas Caja Reductora Unidad de bombeo Barra Pulida Caja Prensa Estopas Cabezal de Bombeo Líneas de Flujo

EQUIPO DE SUBSUELO. o o o o

Tubería de Producción Sarta de Varillas Bomba de subsuelo Perforaciones en el Revestimiento



OPERACIÓN GENERAL DEL SISTEMA videos



EQUIPO DE SUPERFICIE



MOTORES ELECTRICOS Motores de Inducción de tres fases. • NEMA (National Electrical Manufacturer’s Association ), clasifican los motores de acuerdo a su deslizamiento y características de torque al encendido. •



MOTORES A GAS Existen dos tipos de motores a gas: •

Motores de baja velocidad con uno o dos cilindros y,

•

Motores de alta velocidad multicilindros.

•

Los motores de baja velocidad tienen velocidades de 700 r.p.m. o menos y alto torque.

•

Los motores multicilindros pueden tener alta variación de velocidad (por encima del 35%) que los motores de baja velocidad.

•

Motores de consumo de gas; lo que los hace más baratos en los costos de operación que los motores eléctricos.

•

Los costos de mantenimiento son más altos que los motores eléctricos.



CAJA REDUCTORA •

La función de la caja reductora es convertir el bajo torque, de las altas r.p.m. del motor, en alto torque.

•

Las bajas r.p.m. se necesitan para que funcione la unidad de bombeo.

•

Una típica relación de reducción en la caja es 30:1. Esto significa que la caja reductora reduce las r.p.m. en 30 veces mientras intensifica el torque 30 veces.



UNIDADES DE BOMBEO API

UNIDAD CONVENCIONAL



UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL Ventajas.     

Bajos costos de mantenimiento. Cuesta menos que otro tipo de unidades. Opera mejor con varillas en fibra de vidrio que las Mark II. Pueden bombear más rápido que las Mark II sin problemas. Requieren menos contrapeso que las Mark II.

Desventajas. 



En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como las Mark II u otro tipo de unidades. Pueden requerir una Caja Reductora más grande que otro tipo de unidades (Especialmente con varillas de acero).



UNIDAD MARK II



Ventajas.  



UNIDAD MARK II

Bajo torque (Con varillas de acero), comparado con unidades convencionales Puede costar menos (Entre un 5% y 10%) comparado con unidades convencionales del siguiente tamaño.

En la mayoría de los casos son más eficientes que las unidades Convencionales.

Desventajas. 

 



En la mayoría de las aplicaciones, no puede bombear tan rápido como las unidades Convencionales debido a su alta velocidad en la carrera descendente (puede generar problemas en la caída de las varillas). Causa mas daño a las varillas y la bomba en casos de golpe de fluido. Puede poner el fondo de la Sarta de varillas en compresión severa causando fallas por pandeo. Puede generar altos torques utilizando sartas de varilla en fibra de vidrio comparado con las unidades Convencionales. También puede poner las varillas en fibra de vidrio en compresión.



UNIDAD BALANCEADA POR AIRE



UNIDAD BALANCEADA POR AIRE Ventajas.  

Son mas compactas y fáciles de balancear que otras unidades. Costos de transporte son más bajos que en otras unidades (por su menor peso).



Vienen en tamaños más grandes que otros tipos de unidades.



Puede rotar en sentido y en contra de las manecillas del reloj.

Desventajas. 

Son mas complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).



La condensación de agua en el cilindro de aire puede causar problemas.



La Caja Reductora puede dañarse si el cilindro de aire pierde presión.



DESCRIPCIÓN DE UNIDADES DE BOMBEO - API 1. Tipo de Unidad de Bombeo:

• C-912-365-168

C

M

A

CONVENCIONAL

MARK II

AIR BALANCED

2. Torsión Máxima en la Caja Reductora: MILES DE PULGADA - LIBRA 3. Máxima Carga sobre la Barra Lisa

: CIENTOS DE LIBRAS

4. Longitud de la carrera o Stroke

: PULGADAS



EQUIPO DE SUBSUELO



PARTES DE UNA BOMBA DE SUBSUELO



BOMBA DE SUBSUELO



BOMBA

CLASIFICACIÓN API ITP Instituto Técnico


BOMBA


OPERACIÓN


BOMBA

OPERACIÓN DE LAS VÁLVULAS



BOMBA TIPO TUBING Bomba Tipo Tubing



BOMBA TIPO INSERTO Bomba Tipo Inserto



BOMBA TIPO TUBING E INSERTA



• Bomba de Tubería (Grandes

tasas de producción y pozos someros) – TH. – TP.

• Bomba tipo Inserto – RHB – RWB – RSB (Barril estacionario con anclaje en el fondo). – RHT – RWT – RST (Barril viajero con anclaje en fondo). – RHA – RWA – RSA (Barril estacionario con anclaje en el tope. ITP Instituto Técnico


Bandas cercanas a la pared del pozo: • Acero Inoxidable Fluidos Abrasivos: • Carburo o Cerámica


Severa Abrasión en el fondo: • Bolas de cerámica con asientos de Carburo • Doble bola y asientos


SARTA DE VARILLAS • Provee un enlace entre la unidad de superficie y la

bomba de subsuelo. • Estandarizadas por el API (especificación API IIB, 1.982). • Los seis diámetros de varilla estándar son: ½, 5/8, ¾, 7/8, 1 y 1 1/8 de pulgadas (varillas de Acero). CLASE API

Máxima resistencia tensión, psi Dureza, Brinell Metalurgia


a

la

C

D

K

90000

115000

85000

185 - 235 AISI 1036 (Carbono)

235 - 285 (Carbono o Aleación)

175 – 235

AISI 46 xx (Aleación) Sistema de Levantamiento Artificial Bombeo Mecánico

SARTA DE VARILLAS •

DATOS DE VARILLAS API



SARTA DE VARILLAS

COUPLING - UNIONES DE VARILLA

Pin

Cuadrante

Cuerpo Longitud promedio de las varillas 25’



DAÑOS FRECUENTES EN COUPLING Y SARTA DE VARILLAS












VARILLAS NO - API Electra / Norris 97 - Alta resistencia. Esfuerzo Limite 50,000 psi Resistencia a la tensión. 140 -150 kps • Corod o Varillas Continuas. Incrementos de 1/16” en Tamaño • Varilla Ribon ESPECIFICACIONES COUPLING



VARILLAS EN FIBRA DE VIDRIO Ventajas • Totalmente Resistentes a la Corrosión • Peso - 1/3 parte de una Varilla en Acero y son 25% mas fuertes. • Cuerpo en Fibra de Vidrio y Terminaciones en Acero (Roscas de

Pin API). • Resistencia a la Tensión - 110 - 180 kpsi • Soportan Cargas Axiales - Se pueden elongar hasta 4 veces mas que una varilla de acero. • Diseñar Sartas Combinadas en Acero y Fibra de Vidrio. Correr varillas en Acero debajo de la Fibra de vidrio ITP Instituto Técnico


VARILLAS EN FIBRA DE VIDRIO Ventajas • Tasas de Producción pueden ser incrementadas.

Adecuado diseño Acero - Fibra de Vidrio. Incremento de Recorrido en bomba. • Cargas en Barra Pulida y Consumo de Energía reducidos. • Unidades de Bombeo Mas Pequeñas pueden ser utilizadas.



VARILLAS EN FIBRA DE VIDRIO Desventajas • Uso Limitado por Altas Temperatura hasta 240 F. • No pueden trabajar en Compresión • Son mas costosas que la varillas en Acero pero los

beneficios justifican su inversión. • Terminales en Acero susceptibles a la corrosión. • Difícil de Pescar cuando se parten



BARRAS DE PESO • Son varillas de alto peso, de acero sólido con roscas estándar

para varillas en ambas puntas. • Corridas como parte integral de la sarta de varillas y están ubicadas encima de la bomba, en el fondo de la sarta de varillas. • Elimina la compresión en la sección baja y provee una correcta operación de las válvulas en la bomba.



CENTRALIZADORES Tenaris cuenta con una amplia gama de centralizadores y materiales tanto para bombeo mecánico como para bombeo por cavidades progresivas. Los centralizadores se moldean directamente en el cuerpo de la varilla y, de ese modo, se convierten en una protección verdadera para el tubing y la varilla propiamente dicha. Disponibles en distintos materiales para diversas condiciones de fluidos, así como para temperaturas altas y bajas de fondo de pozo

.

Composicion: El polisulfuro de fenileno y Nylon 6



PONY ROD O EXTENSIONES CORTAS En conformidad con los mismos requisitos de calidad que rigen para las varillas, los pony rod se encuentran disponibles con medidas de 1, 2, 4, 6, 8, y 12 pies, para cada grado de acero y diámetro del cuerpo de la varilla. También se fabrican en otras longitudes, según las especificaciones de los clientes.



BOMBA DE SUBSUELO



ANCLAS DE TUBERIA Ver problemas de anclaje • Un empaque “hook-wall” ó “gancho de pared” se empleaba para anclar la tubería de producción. “hook-wall” recurre a las fuerzas compresivas para sostenerse apropiadamente; previniendo el movimiento de la tubería de producción hacia abajo, pero permitiéndolo hacia arriba. • La mejor manera de anclar la sarta de tubería de producción es usando un anclaje tipo “Tensión”. Puede ser fijado a cualquier profundidad en el Revestimiento y no permite ningún movimiento hacia arriba. Su capacidad de sostenimiento es producto de la fuerza de tensión ejercida sobre la tubería de producción. ITP Instituto Técnico


EQUIPO AUXILIAR



ANCLAS DE GAS-HERRAMIENTA Principios Básicos • Separadores de Fondo deben ser eficientes, bajo costo, libres de

problema, larga duración. • Muchos diseños han sido propuestos (cerca de 75 patentes en US) pero solo aquellos que satisfacen las condiciones anteriores son usados en la practica. • Separación por Gravedad es el principio que gobierna para las instalaciones de bomba con pistón. ITP Instituto Técnico


CAPACIDAD LIQUIDA DE UN SEPARADOR DE GAS ESTA BASADA EN EL SIGUIENTE PRINCIPIO Gas

BURBUJAS DE GAS FLUYEN HACIA ARRIBA DEBIDO A QUE ESTE PRESENTA MENOR DENSIDAD QUE EL CRUDO . EL DESPRENDIMIENTO DE GAS OCURRE DEBIDO A LA CAIDA DE PRESION EN LA CARA DEL POZO O TAMBIEN DEBIDO A QUE EL YACIMINETO YA ESTA POR DEBAJO DE LA PRESION DE BURBUJA.



ANCLA DE GAS NATURAL Se fundamenta en la profundización de la bomba y como esta ayuda a que la presión de la columna hidrostática aumente, permitiendo que el gas escape fácilmente y el líquido por su densidad baje y entre en la bomba.



ANCLA DE GAS TIPO EMPAQUE Efecto de la segregación gravitacional Su principal desventaja es la instalación del empaque, lo que puede, a veces, ser difícil al colocar o extraer del pozo originando problemas si el pozo produce arena; en este caso la arena puede acumularse en la parte superior del empaque.



ANCLA DE GAS TIPO “POOR BOY” Ancla de gas más común debido a su eficiencia y estructura Existen igualmente unas modificaciones de este tipo de ancla, en la cual el aumento del área del anular y del volumen dentro de la bomba dan una adecuada eficiencia de separación y una alta rata de producción ITP Instituto Técnico


SEPARADORES CAPACIDAD DE GRAVEDAD MEJORADA •

Separador Tipo Empaque

•

Copas de Gilbert Excentrico

•



EMPAQUE • Mejor Uso de separación

por gravedad, igual que separador de superficie. Separa 95% del gas • Alto costo y alto riesgo de

problemas mecánicos. ITP Instituto Técnico


ESPACIAMIENTO DE LA BOMBA



FALLAS MÁS COMUNES Y SUS CAUSAS



EFECTOS DEL GAS EN LA BOMBA • Interferencia de gas Liberación de gas en solución durante la carrera ascendente. Esta condición usualmente causa una interferencia de gas constante en toda la carrera descendente.

• Bloqueo por gas Liberación de gas en solución durante la carrera ascendente. Esta condición usualmente causa una interferencia de gas constante en toda la carrera descendente.



INTERFERENCIA DE GAS Y COMPRESIÓN SITUACIÓN

BARRIL

El incremento de presión en el recorrido descendente, entre la válvula viajera y la válvula fija, no es suficiente para superar la carga hidrostática por encima de la válvula viajera.

PROBLEMA El volumen en el pistón cerrado disminuye y comprime el gas. Debido a ésta compresión, el gas no tiene la suficiente fuerza para abrir la bola de la válvula viajera, permaneciendo dentro de la cámara.

PISTON

CÁMARA DE COMPRESIÓN

CONSECUENCIA Como resultado se puede dar Interferencia/Bloqueo total por Gas, la válvula viajera no abre por eso no se mueve nuevo fluido a través de la bomba en el recorrido ascendente, solo el gas expandiéndose. ITP Instituto Técnico

VÁLVULA FIJA


INTERFERENCIA DE GAS Y COMPRESIÓN



GOLPE DE FLUIDO SITUACIÓN •Llenado incompleto durante el ciclo ascendente del pistón. •La válvula viajera permanece cerrada al inicio del recorrido descendente. •El viaje del pistón continua e incrementará su velocidad hasta alcanzar el punto medio del

recorrido.

PROBLEMA •La Válvula Viajera entra en contacto con el liquido en el barril. •Ocurre golpe hidráulico muy fuerte. •Suficiente incremento de presión se sobrepone a la carga hidrostática sobre la válvula

viajera. •La bola es catapultada instantáneamente fuera del asiento

CONSECUENCIA •Entre más veces se presente el golpe, mayor daño sufrirán la bola y asiento, las guías de

la bola y la retención de la bola debido al amplio incremento en la velocidad de la misma. ITP Instituto Técnico


GOLPE DE FLUIDO



ANCLAJES LIBRES O FIJOS La válvula viajera abre durante la carrera descendente , la carga del fluido es transferida al pistón provocando un estiramiento de la sarta de tubería.



GOLPE DE BOMBA Cuando el pistón de la bomba queda espaciado muy bajo , puede quedar golpeando el fondo en la carrera descendente.



MONITOREO, DIAGNOSTICO Y SUPERVISIÓN



DINAMOMETRO



CARGA

POSICIÓN

TRANSDUCTORES



CELDA DE CARGA



CARTA DINAMOMETRICA



PRUEBA DE VÁLVULA VIAJERA



PRUEBA DE VÁLVULA FIJA



CHEQUEO DE VÁLVULAS



CICLO DE OPTIMIZACIÓN

• Diseñado para

completar el ciclo de una actividad y optimizar la operación de cada pozo individualmente.



CONFIGURACIÓN CONFIGURAC IÓN EN POZO



Sistema en Tiempo Real Cliente XSPOC (Windows 95/98)

Oficia Corporativa LAN

Cliente XSPOC (Windows NT)

POZO

CONTROLADOR

Impresora

VFD

WAN WAN WEB POZO Cliente XSPOC (Windows 95/98)

Oficina LAN

CONTROLADOR

VFD

Servidor(es) XSPOC (Windows NT) Cliente

Impresora

Marcación DCS Sistema de Control

Cliente XSPOC (Windows NT)


Cliente Sistema de Levantamiento Artificial Bombeo Mecánico

XSPOC Pantalla de Cartas

Creación facil y dinamica de grupos por exepción

ITP Identificación inmediata de problemas Instituto Técnico

Integración con RODSTAR & CBALANCE

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Theta Enterprises, Inc.

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