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1. BOMBEO MECÁNICO. 1.1 Principio de d e funcionamiento. Este tipo de levantamiento artificial utiliza una bomba con un embolo de desplazamiento positivo y una unidad impulsora en la superficie, con un acople mecánico, incluyendo un balancín pivoteado que convierte el movimiento giratorio del motor en un movimiento oscilante. La bomba en el fondo del pozo y la unidad de superficie están conectadas por medio de una sarta de varillas, las cuales realizan continuamente un movimiento oscilante.

Ing. Julio A. Villamizar

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1.2 Componentes de una unidad de bombeo mecánico

1.2.1 Equipo de superficie a. Motor: Puede ser eléctrico o de combustión interna, su función es imprimir movimiento a la unidad de bombeo. Su requerimiento de potencia dependerá de la profundidad y de otras características propias del pozo. b. Estructura: Comprende la Base de la Unidad, el Poste Maestro y el Balancín.


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c. Caja Reductora: Su función es reducir la alta velocidad y bajo torque del motor a las revoluciones de trabajo y alto torque de la Unidad de Bombeo. d. Contrapesas: sirven para balancear o contrarrestar el peso de las varillas mas la columna de líquido. e. Crank: Recibe el movimiento rotatorio del eje de baja velocidad de la Caja Reductora. f. Brazos o Bielas: Transmiten el movimiento del Crank hacia la Barra Escualizadora. g. Cojinetes: (Central y Lateral), el primero transmite el movimiento entre el Poste Maestro y el Balancín y el segundo transmite el movimiento entre el Balancín y las Bielas a través de la Barra Escualizadora. h. Cabezal: Ubicado en uno de los extremos del balancín y mantiene la barra lisa verticalmente por medio de su curvatura que es un segmento de un círculo. i. Guaya: Sirve para unir el Cabezal con la Barra Lisa. j. Aguila: Es un bloque de hierro que va unido a la guaya y de donde cuelga la barra lisa. k. Freno: Sirve para posicionar el balancín en un punto deseado después de quitar el movimiento que le imprime el motor a la Unidad de Bombeo. l. Barra Lisa: Se conecta siempre con la parte superior de sarta de varillas y consiste en una barra pulida, la cual hace sello con los empaques de la caja de empaques para que no ocurran escapes de crudo. m. Caja de Empaques: Es una conexión que se emboca en la T de Producción y sirve para evitar escapes de crudo por el movimiento ascendente y descendente de la Barra Lisa. n. T de Producción: Une la sarta del Tubing, la Caja de Empaques y la Línea de Flujo por donde viaja el crudo hacia la batería de producción. 1.3 Tipos de unidades El Instituto Americano del Petróleo (API) identifica, de acuerdo con la geometría y forma de la estructura, dos clase de unidades de bombeo mecánico: 1.3.1 Sistema Clase 1: Está conformado por la unidad de bombeo mecánico Convencional. Ing. Julio A. Villamizar

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Esta especifica que el punto de soporte del balancín sea central con la conexión de la caja reductora, el contra-balance en un extremo y el cabezal de la sarta de varillas en el otro extremo.

1.3.2 Sistema Clase III: Incluye la unidad Mark II y la Unidad Balanceada por Aire a. Unidad Mark II Esta geometría especifica que el punto de soporte del balancín esté en un extremo y el cabezal en otro extremo. El contrabalance se ubica entre los dos puntos anteriores. El API no especifica equidistancias entre los puntos críticos mencionados. La unidad MarkII fue diseñada para optimizar el comportamiento de la bomba de subsuelo, dando mayor eficiencia al sistema completo.


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b. La unidad Balanceada por Aire, tiene la ventaja, de ser mas compacta y menos pesada que las otras geometrías, también se presta para recorridos largos con diseños especiales; la unidad se balancea con cambios de presión del cilindro de aire, se puede proveer mucho contrabalanceo con relativamente pequeños aumentos de presión. La unidad de Bajo Perfil, fue diseñada para estar en áreas urbanas o en campos donde el tamaño de una unidad convencional o MarkII es inapropiado y difícil de manejar. Estas unidades surgieron por la necesidad de espacio de las ciudades que crecieron alrededor de los campos petroleros.

1.4 Bombas de subsuelo Las funciones de la bomba son permitir la entrada de fluido de la formación a la sarta de producción y levantarlo a la superficie. La consideración básica en la selección del tamaño de la bomba es el volumen de fluido desplazado por pulgada de carrera o recorrido del pistón. Este volumen depende del diámetro del pistón o diámetro interno de la camisa de la bomba.


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1.5 Características de un bomba de subsuelo Cuando el pistón sube, el peso del fluido sobre el pistón cierra la válvula viajera y se desplaza el fluido de la tubería de producción a la superficie. También, al subir el pistón se produce una disminución de presión encima de la válvula fija, por lo cual esta se abre y permite la entrada de fluido de la formación a la camisa de la bomba. Al bajar el pistón, la válvula fija se cierra, la válvula viajera se abre y el fluido de la camisa pasa a la tubería de producción. La nomenclatura básica de los diversos tipos de bomba fue normalizada por el API y se muestra a continuación.


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1.6 Partes de una bomba de subsuelo Una bomba consta esencialmente de cuatro partes: un cilindro (barril) o cuerpo de la bomba, un pistón (embolo), una válvula fija y una válvula viajera.

a. Tipos de bomba API Las dos principales categorías de bombas de subsuelo son las bombas tipo tubing y las bombas tipo insert , la diferencia básica entre estas dos es la forma en que el barril se encuentra instalado. Básicamente el API ha dividido las bombas de sub-suelo en: •Bombas de tubería (T) y •Bombas de cabillas o insertadas (R) 

Bombas de Tubería (T): En las bombas de este tipo, el barril está integrado a la tubería, está conectada a la parte baja del tubo y baja a la profundidad deseada junto con la sarta de tubería. Este tipo de bomba presenta la desventaja de tener que sacar la tubería completa par poder realizarle algún tipo de servicio al barril. Dentro del barril de una bomba tipo “tubing”, se instala un niple, dentro del cual descansa la válvula fija. El barril y la sarta de


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tubería se instalan dentro del pozo, luego el pistón con la válvula viajera son corridos hacia adentro por medio de la sarta de varillas. La válvula fija es unida en el fondo por medio de un puller para válvula fija que es bajado durante la instalación, esta válvula es sentada en el niple donde es asegurada mecánicamente o por medio del uso de copas de fricción. Cuando se logra esto el puller es liberado, y el pistón es levantado ( raised ) a su posición de trabajo. Es posible remover la válvula fija, por medio de otro puller para válvula, esto evita la necesidad de realizar pulling a la sarta de tubería para reparar esta válvula. Las bombas tipo tubing son las más grandes y resistentes en la industria, son usadas para extraer grandes ratas de producción de pozos someros. Cuando son usadas con una válvula fija, la válvula puede llegar a ser muy efectiva en la producción de pozos de crudos pesados y bajos niveles de fluido, esto se debe a la baja caída de presión a través de estas válvulas. 

Bombas de cabillas o insertadas (R)

Las bombas tipo insertas en contraste con las bombas tipo tubing, son una herramienta ensamblada en una misma pieza, la cual es corrida dentro del pozo junto con la sarta de varillas. Este ensamblaje contiene el barril, el pistón dentro del barril y el juego de dos válvulas (fija y viajera). El niple es la única pieza que baja junto con la sarta de tubería a la profundidad desead para la bomba. Una vez es corrido el ensamblaje dentro del pozo es fijada o asegurada en su sitio por medio de copas o mecánicamente. Estas bombas son muy populares o usadas debido a que son fáciles de instalar y además también prestan facilidad para realizarles algún servicio, existen varios tipos de bombas tipo insert y su selección depende de las condiciones del pozo, la rata de producción y la profundidad del pozo. Las bombas tipo R pueden ser de barril estacionario o movible. Así mismo, pueden tener anclaje inferior o superior. En base a estas alternativas, existen tres tipos de ensamblajes, cada uno de los cuales tiene una aplicación específica: • Barril estacionario y anclaje inferior (RWB, RHB) • Barril estacionario y anclaje superior (RWA, RHA) • Barril viajero y anclaje inferior. (RWT, RHT) Ing. Julio A. Villamizar

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Otro tipo de división de las bombas se refiere al espesor del barril: • ‘H’ para los barriles gruesos (aprox. de 3/16” a ¼”) y se usa especialmente para profundidades mayores a 7000’ o cargas de fluídos sobre las 7000 lbs. • ‘W’ para los barriles delgados (aprox. 1/8”).

El API ha publicado una nomenclatura para describir las bombas, aunque en muchos casos, esta nomenclatura se adapta a las circunstancias locales. b. Tipos de pistones Metal-metal (lisos o acanalados) –Usados en pozos profundos-más eficientes •

• Empaque blando –Tipo copa para profundidad < 3000’ –Tipo anillo para profundidad hasta 7000’ –Combinación Copa y Anillo La longitud se calcula normalmente entre 6” y 12” por cada 1000’.

Sin embargo, en pozos con crudos altamente viscosos, se debe tener en cuenta que mientras mayor sea la longitud del pistón, mayor será la fricción generada en la bomba y por tanto, las posibilidades de flotación de la sarta de cabillas son mayores. c. Bolas y Asientos •

Pozos normales – Acero inoxidable

•

Fluidos abrasivos –Bolas y asientos de cerámica o Carbide

•

Abrasión severa –Bolas de cerámica en asientos de carbide –Doble bolas y asientos


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1.7 Ventajas y Desventajas de una unidad de bombeo mecánico 1.7.1 Condiciones de operación: Rango Típico 100 – 11.000 • Profundidad (pies) 5 – 1.500 • Volumen (BPD) 100‐ 250 • Temperatura (°F)

Máximo 16.000 6.000 550

1.7.2 Ventajas: • Equipo resistente a la corrosión • Fácil optimización y ajuste • Desplazamiento positivo • Equipo re‐usable en otros pozos 1.7.3 Desventajas: Equipo de superficie de gran volumen • Poco resistente a altas temperaturas • Poco resistente a sólidos y arena Ing. Julio A. Villamizar

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