Bombeo Por Cavidades Progresivas

SISTEMA DE BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA

CAPITULO I - GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCION Cuando el yacimiento no tiene la suficiente energía para levantar los fluidos, es necesaria la instalación de un sistema de levantamiento artificial que adicione presión y lleve los fluidos hasta la superficie. El propósito la bomba PCP es minimizar los requerimientos de energía en la cara de la formación productora, y maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento provocando así, mayor afluencia de fluidos. Este SLA consiste en una bomba de desplazamiento rotativo positivo accionada desde la superficie.

1.2 HISTORIA La Bomba de Cavidades Progresivas (B.C.P.) fue inventada en 1932 por un Ingeniero Aeronáutico Francés llamado René Moineau, quién estableció la empresa llamada PCM POMPES S.A. para la fabricación de la l a misma. En sus inicios, estas bombas fueron ampliamente utilizadas como bombas de superficie especialmente para el bombeo de mezclas viscosas. viscosas. Actualmente, el mayor número de de bombas de cavidades progresivas instaladas para la extracción de petróleo se encuentran en Canadá. Las primeras Bombas de Cavidades Progresivas (B.C.P. de subsuelo) utilizadas en Canadá fueron instaladas en 1979 en pozos de petróleo con alto contenido de arena y bajas gravedades API (crudos pesados). pesados). En la actualidad, se utilizan también en pozos productores productores de crudos medianos y livianos, especialmente con alto contenido de agua. Hoy en día, se cuenta con instalaciones exitosas en pozos de crudos viscosos; bajos y medianos; y aplicaciones aplicaciones a moderadas profundidades. profundidades.

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2.1 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOS FUNCIONAMIENTOS DE LA LA BOMBA (PCP) Es una bomba de desplazamiento positivo, compuesto por un rotor y un estator. El Rotor es accionado desde la superficie por un sistema motor eléctrico de superficie que transmite el movimiento rotativo a la sarta de Cabillas la cual, a su vez, se encuentra conectada al Rotor. El Estator es el componente estático de la bomba y contiene un polímero de alto peso molecular con la capacidad de deformación y recuperación elástica llamado Elastómero. La PCP utiliza un Rotor de forma helicoidal de n lóbulos dentro de un estator en forma de helicoide de n+1 lóbulos. Las dimensiones del rotor y el estator están diseñadas de manera que producen una interferencia (i), la cual crea líneas de sello que definen las cavidades. Al girar el rotor, estas cavidades se desplazan, en un movimiento combinado de traslación y rotación, que se manifiesta en un desplazamiento helicoidal de las cavidades desde la succión de la bomba, hasta su descarga. En la siguiente figura se muestra una sección transversal de una BCP convencional (1x2 lóbulos), donde observa como el diámetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad, produciendo la interferencia (i ) que crea el sello.

Figura 8: Sección transversal de una BCP Fuente: ESP Fuente: ESP OIL - Bombeo de Cavidad Progresiva

Esta figura muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posición de las cavidades formadas entre el Rotor y el Estator. Nótese que en un mismo plano transversal siempre pueden definirse dos cavidades, y que el área de estas dos cavidades se complementan, es decir, cuando una es máxima la otra es mínima, de modo que el área transversal total es siempre constante.

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2.1 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOS FUNCIONAMIENTOS DE LA LA BOMBA (PCP) Es una bomba de desplazamiento positivo, compuesto por un rotor y un estator. El Rotor es accionado desde la superficie por un sistema motor eléctrico de superficie que transmite el movimiento rotativo a la sarta de Cabillas la cual, a su vez, se encuentra conectada al Rotor. El Estator es el componente estático de la bomba y contiene un polímero de alto peso molecular con la capacidad de deformación y recuperación elástica llamado Elastómero. La PCP utiliza un Rotor de forma helicoidal de n lóbulos dentro de un estator en forma de helicoide de n+1 lóbulos. Las dimensiones del rotor y el estator están diseñadas de manera que producen una interferencia (i), la cual crea líneas de sello que definen las cavidades. Al girar el rotor, estas cavidades se desplazan, en un movimiento combinado de traslación y rotación, que se manifiesta en un desplazamiento helicoidal de las cavidades desde la succión de la bomba, hasta su descarga. En la siguiente figura se muestra una sección transversal de una BCP convencional (1x2 lóbulos), donde observa como el diámetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad, produciendo la interferencia (i ) que crea el sello.

Figura 8: Sección transversal de una BCP Fuente: ESP Fuente: ESP OIL - Bombeo de Cavidad Progresiva

Esta figura muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posición de las cavidades formadas entre el Rotor y el Estator. Nótese que en un mismo plano transversal siempre pueden definirse dos cavidades, y que el área de estas dos cavidades se complementan, es decir, cuando una es máxima la otra es mínima, de modo que el área transversal total es siempre constante.

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Figura 8: Disposición de las cavidades en una BCP Fuente: ESP Fuente: ESP OIL - Bombeo de Cavidad Progresiva

Debajo de la BCP se coloca el Niple de Paro, el cual sirve para espaciar el Rotor con respecto al Estator. Opcionalmente y si se requiere, al Niple de Paro puede conectarse, una Empacadura, Empacadura, un Filtro Filt ro de Arena, un Ancla Anti-Torque, etc.

2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CAVIDADES CAVIDADES PROGRESIVAS. 1 Las bombas de cavidades progresivas se pueden clasificar en: -

Bombas Tubulares o Convencionales

-

Bombas Tipo Insertables

-

Bombas según su Geometría

-

Bombas de para “alto caudal”

-

Bombas de “gran altura”

2.2.1 BOMBAS CONVENCIONALES O TUBULARES 2 Se caracterizan porque el estator se baja al pozo suspendido de la tubería de producción y luego, con la sarta de cabillas, desciende el rotor. Para cambiar esa bomba, se debe sacar el

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Manual de Bombeo por Cavidades Progresivas Por Marcelo Hischefeldt OilProduction.net Version2008V1 Bombeo de Cavidad Progresiva: Operaciones, Diagnostico, Análisis de Falla y Trouble Shooting – Ing. Nelvi Chacin. ESP OILEngineering Consultants

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encabillado y la tubería de producción. Este tipo de instalación hoy en día ya no es tan usada por el tiempo que consume, mientras que la i nstalación insertable es el que lo ha suplantado.

Figura 13: Instalación Convencional Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

2.2.2 BOMBAS TIPO INSERTABLE 3 En la configuración de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo conjuntamente 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 tubería de producción, minimizando el tiempo de intervención y, en consecuencia, el costo asociado ha dicho trabajo.

Figura 14: Instalación Insertable Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades progresivas

2.2.3 BOMBAS SEGÚN SU GEOMETRÍA4 

El rotor: torneada externamente como una hélice de “n” lóbulos.



El estator: torneado internamente como una hélice de “n+ 1” lóbulos

Existen distintas geometrías en bombas PCP, y las mismas están relacionadas directamente con el número de lóbulos del estator y rotor.

3

Idem Idem

4

4


Figura 9: Geometría en Bomba BCP Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

N de lóbulos del rotor 3 + lóbulos del estator 4 = Geometría 3:4 Por lo tanto esta relación permite clasificar a las bombas PCP en dos grandes grupos: 

SINGLELOBE: Son aquellas en las cuales el número de lóbulos del rotor es de uno, mientras que el estator es de dos lóbulos.

Figura 10: Bomba Lobular Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas



MULTILOBE: Teóricamente estas bombas ofrecen menor torque que las bombas de geometría simple (considerando el mismo diámetro), mayores desplazamientos volumétricos lo cual sería una oportunidad para obtener bombas insertables de mayor tasa .

Figura 11: Bomba Multilobular Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

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Distintas configuraciones:

Figura 12: Configuraciones de Bomba BCP Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

2.2.4 BOMBAS DE ALTO CAUDAL5 Cada fabricante ofrece bombas de alto desplazamiento o alto caudal, el desplazamiento viene dado principalmente por el diámetro de la bomba y la geometría de las cavidades.

Figura15: Geometría de los rotores y su relación con las capacidades de la bomba Fuente: BCP Operaciones, Diagnostico, Análisis de Falla y Trouble Shooting - ESP OIL Engineering Consultants

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Idem 6


2.2.5 BOMBAS DE GRAN ALTURA (HEAD) La altura de la bomba es su capacidad para transportar los fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, lo que se traduce en profundidades de asentamiento de bombas o en diferenciales de presión a vencer.

3 COMPONENTES DE UN SISTEMA BCP

Figura 16: Componentes de un sistema de Bombeo de Cavidad Progresiva Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

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3.1 EQUIPOS DE SUBSUELO 3.1.1

ESTATOR6:

Es un tubo de acero revestido internamente con un elastómero sintético moldeado en forma de dos hélices adherido fuertemente a dicho cilindro mediante un proceso especial. El estator se baja al pozo con la tubería de producción (bombas tipo Tubular) o con la sarta de cabillas (bombas tipo Insertables).

Figura 17 : Corte longitudinal de un estator Fuente: BCP: Operaciones, Diagnostico, Análisis de Falla y Trouble Shooting

3.1.2

ELASTOMERO7:

Es un polímero de alto peso molecular, está adherida a un tubo de acero el cual forma el estator. Tiene la capacidad de deformarse y recuperarse elásticamente, esta propiedad se conoce como memoria. Los más utilizados en la aplicación BCP, poseen base Nitrílica, Hidrogenación Catalítica y fluelastomeros.

Figura 18: Vista Transversal de un Elastómero 6

Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas. Por Marcelo Hischefeldt OilProduction.net Version2008V1 Idem

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8


Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

Características deseables en los Elastómeros:  Buena resistencia química a los fluidos a transportar.  Buena resistencia térmica.  Capacidad de recuperación elástica.  Adecuadas propiedades mecánicas, especialmente resistencia a la fatiga.

Los cambios más comunes en las propiedades mecánicas de los Elastómeros son: o

El Hinchamiento

o

El Endurecimiento

o

El Reblandecimiento.

3.1.3

ROTOR8

El rotor está fabricado con acero de alta resistencia, recubierto con una capa de material altamente resistente altamente a la abrasión. Se conecta a la sarta de cabillas (bombas tipo Tubular) las cuales le transmiten el mismo movimiento de rotación desde la superficie. Un rotor se fabrica a partir de una barra cilíndrica de acero en un torno especial. Luego de ser mecanizado se recubre de una capa de un material duro. Generalmente se trata de un recubrimiento con un proceso electro químico de cromado.

Figura 19: Tipos de Rotor Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas – OilProduction 8

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3.1.4 NIPLE DE PARO Es un tubo de pequeña longitud el cual se instala bajo el Estator (bombas tubulares) y cuya funciones principales son: 

Servir de tope al rotor cuando se realiza el espaciamiento del mismo



Impedir que el rotor y/o las cabillas lleguen al fondo del pozo en caso de producirse rotura o desconexión de estas últimas.



Servir de punto de conexión para accesorios tales como Anti-torque, filtros de Arena, etc.

Figura 22: Niple de Paro Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas – OilProduction

3.1.5

SARTA DE CABILLLAS

Es un conjunto de varillas unidas entre sí por medio de cuplas formando así la sarta, se introduce en el pozo y de esta forma se hace parte integral del sistema de bombeo de cavidad progresiva. La sarta está situada desde la bomba hasta la superficie. Sus diámetros máximos están limitados por el diámetro interior del tubing.

Figura 21.- Varillas de Bombeo Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas – OilProduction

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3.1.6 TUBERIA DE PRODUCCION: Es una tubería de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo. Si no hay ancla de torsión, se debe ajustar con el máximo API, para prevenir el desenrosque de la tubería de producción.

Figura 20: Tuberías de Producción Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas – OilProduction

3.2 OTROS EQUIPOS DE SUBSUELO 3.2.1 NIPLE DE MANIOBRA Tiene como función permitir el movimiento excéntrico entre el rotor y durante las operaciones las cuñas, mordazas, llaves de apriete, etc.; se colocaran en él, en lugar del cuerpo del estator, evitando así cualquier daño a este último.

3.2.2 EMPACADURA Es un equipo que se activa mecánica o hidráulicamente y que una vez instalada cierra completamente él espacio anular entre la tubería de producción y el revestidor. Se utiliza en completaciones donde la producción se lleve hasta la superficie por el espacio anular.

3.2.3 ANCLA DE TUBERIA9 Es un dispositivo que fija la tubería de producción al revestidor, limitado el movimiento axial y rotativo de la sarta. 9

Idem

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3.2.4 ANCLA DE TORQUE10 Al girar la sarta de cabillas hacia la derecha (vista desde arriba) la fricción entre el rotor y el estator hace que la tubería también tienda a girar hacia la derecha, en el sentido de su desenrosque. Este efecto se puede originar la desconexión de la tubería, la utilización de un ancla de torque que evita el riesgo. Este equipo se conecta debajo del niple de paro, se fija al revestidor por medio de cuñas verticales.

Figura 23: Ancla de Torque Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

3.2.5 CENTRALIZADORES DE CABILLAS11 Los centralizadores de cabillas se suelen colocar solo en aquellos pozos con desviaciones o inclinaciones muy pronunciadas.

Figura24: Centralizadores de Cabillas Fuente: BCP: Operaciones, Diagnostico, Análisis de Falla y Trouble Shooting 10

Idem

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Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas. Por Marcelo Hischefeldt OilProduction.net Version2008V1 12


3.2.6 NIPLE “X”12 Con el fin de detectar agujeros o uniones defectuosas en la sarta de tubería, se acostumbrada realizar una prueba de presión durante la operación de bajada de la misma. Para realizará esta prueba se puede instalar un niple de asiento X, sobre el estator de la bomba.

3.2.7 ZAPATO PROBADOR DE HEMERTICIDAD: En caso de ser instalado, se debe colocar siempre arriba del niple intermedio. Para poder probar toda la cañería, además como su diámetro interno es menor que el de la tubería de producción no permite el paso de centralizadores a través de él.

3.2.8 CAÑO DE FILTRO: Se utiliza para evitar, (en el caso de rotura de estator con desprendimiento de elastómero), trozos de tamaño regular del mismo, pueden estar dentro del espacio anular. Una vez cambiada la instalación de fondo, estos pedazos de elastómero podrán ser recuperados con equipo especial y no permanecerán en el pozo donde se corre el peligro de que sean succionados nuevamente por la bomba.

3.3 EQUIPOS DE SUPERFICIE13 3.3.1 CABEZAL DE ROTACION14 Es un equipo de accionamiento mecánico instalado en la superficie directamente sobre la cabeza de pozo.

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Idem Bombeo de Cavidad Progresiva: Operaciones, Diagnostico, Análisis de Falla y Trouble Shooting – Ing. Nelvi Chacin. ESP OIL Engineering Consultants 14 Idem 13

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Cumple con 4 funciones básicas: o

Soporte para cargas axiales.

o

Evitar o retardar el giro inverso de la sarta de cabillas.

o

Aislar los fluidos del pozo del medio ambiente.

Existen diferentes configuraciones de cabezales y a su vez un amplio rango de accesorios y tecnologías para cada una de estas configuraciones. a) Cabezal directo

Figura 25: Cabezal Directo Fuente: Catalogo Geremia-Waetherford

b) Cabezal angular

Figura 26: Cabezal Angular Fuente: Catalogo Geremia-Waetherford

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c) Motor reductor

Figura 27 : Motoreductor Fuente: Catalogo Geremia-Waetherford

3.3.2 MOTOVARIADOR MECANICO15 En este sistema el acoples entre el motor y caja reductora no es directo: en este caso se realiza a través de un conjunto “ variador de velocidad ” formado por correas y poleas de

diámetro variable, el cual cumple la función de permitir el cambio de velocidad de rotación sin requerir la parada del equipo ni el cambio de componentes.

3.3.3 SISTEMA DE TRANSMISION: Como sistema de transmisión se conoce el dispositivo utilizado para transferir la energía desde la fuente de energía primaria (motor eléctrico o de combustión interna) hasta el cabezal de rotación. Debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezal seleccionado y de la potencia que se deba transmitir a las varillas de bombeo (a la PCP). Para la transmisión de torsión de una maquina motriz a una maquina conducida existen menos de tres métodos muy utilizados:  Sistema con poleas y correas  Sistema de transmisión a engranajes  Sistema de transmisión hidráulica

15

Idem 15


En la mayoría de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a velocidades menores a 150 RPM, es usual utilizar cabezales con caja reductora interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisión, como correas y poleas. Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM, lo que traería como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la insuficiente disipación de calor. A continuación se mencionan algunos criterios importantes para el diseño de los sistemas de transmisión antes mencionados:

Figura 29.- Sistema de Correas y Poleas Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

3.3.4 SISTEMA DE CORREAS Y POLEAS La relación de transmisión con poleas y correas debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezal seleccionado y de la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo (a la PCP). En el caso de los cabezales sin cajas reductoras (Directos) la relación es directa y viene determinada por la velocidad del motor y la velocidad requerida por el sistema.

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En el caso de cabezales con caja reductora interna, debe considerarse la relación de la caja de engranajes para establecer la relación de transmisión total. El torque mantiene una relación directamente proporcional con respecto a la relación de transmisión total. En vista de esto, es necesario seleccionar un motor que tenga la capacidad de entregar el torque tal que, al multiplicarlo por la relación de transmisión, se obtenga al menos el torque requerido por el sistema. 

Torque hidráulico , función de (presión de boca de pozo, presión por pérdida de carga, presión por presión diferencial)



Torque por fricción en bomba , fricción entre rotor y estator. Este parámetro se puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco



Torque resistivo , fricción entre varillas y tubing. El máximo torque resistivo está en boca de pozo

El torque mantiene una relación directamente proporcional con respecto a la relación de transmisión total. En vista de esto, es necesario seleccionar un motor que tenga la capacidad de entregar el torque tal que, al multiplicarlo por la relación de transmisión, se obtenga al menos el torque requerido por el sistema.

3.3.5 SISTEMA DE FRENADO La segunda función importante del cabezal es la de frenado que requiere el sistema. Cuando un Sistema BCP está en operación, una cantidad significativa de energía se acumula en forma de torsión sobre las varillas. Si el sistema se para repentinamente, la sarta de varillas de bombeo libera energía girando en forma inversa para liberar torsión. De los siguientes frenos utilizados se pueden destacar los siguientes: Durante este proceso se pueden alcanzar velocidades muy altas y genera grandes daños:

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o

Daños en equipo de superficie

o

Desenrosque de la sarta de varillas

o

Rotura violenta de la polea de cabezal (Fig.32).

Figura 30 : Sistema de Frenado Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

De los frenos utilizados se pueden destacar los siguientes :

A) Freno de accionamiento por fricción: Compuesto tradicionalmente de un sistema de disco y pastillas de fricción, accionadas hidráulicamente o mecánicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa. La mayoría de estos sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal, con el disco acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal.

B) Freno de accionamiento hidráulico: Es muy utilizado debido a su mayor eficiencia de acción. Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido de las agujas del reloj (operación de la PCP). Al ocurrir el Back-Spin, el plato acciona un mecanismo hidráulico que genera resistencia al movimiento inverso, lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y se disipe la energía acumulada. Dependiendo del diseño del cabezal, este mecanismo hidráulico puede accionarse con juegos de válvula de drenaje, embragues mecánicos, etc.

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Figura 31.- Freno de accionamiento hidráulico Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

3.3.6 VARIADORES DE FRECUENCIA Estos equipos son utilizados en conjunto con los moto-reductores y con los equipos de poleacorrea en los cuales la velocidad es para brindar la flexibilidad del cambio de velocidad en muy breve tiempo y sin recurrir a modificaciones mecánicas en los equipos. El variador de frecuencia rectifica la corriente alterna requerida por el motor y la modula electrónicamente produciendo una señal de salida con frecuencia y voltaje diferente.

Figura 32: Variador de Velocidad Fuente: Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas

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Entre algunas de sus características distinguidas:  Detecta la baja velocidades.  Puede manejar dos motores con un solo variador.  Protege de la rotura de la sarta de varillas.  Frena con el tiempo de desaceleración.  Detecta alta presión en el casing.  Muestra la velocidad real del eje del motor.

4.1 CARACTERISTICAS DEL SISTEMA - BCP VENTAJAS  Sistema de levantamiento artificial de mayor eficiencia.  Excelente para producción de crudos altamente viscosos.  Capacidad para manejar altos contenidos de sólidos y moderado contenido de gas

libre.  No tiene válvulas, evitando bloqueos por gas.  Buena resistencia a la abrasión.  Bajos costo inicial y potencia requerida.  Equipo de superficie relativamente pequeño.  Consumo de energía continua y de bajo costo.  Fácil de instalar y operar.  Bajo mantenimiento de operación.  Bajo nivel de ruido

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DESVENTAJAS ×

Tasas de producción hasta de 2.000 B/D (máximo 4.000 B/D).

×

Levantamiento neto de hasta 6.000 feet (máximo 9.000 feet).

×

Temperatura de operación de hasta 210 ºF (máximo 350 ºF).

×

El elastómero tiende a hincharse o deteriorarse cuando es expuesto al contacto con ciertos fluidos (aromáticos, aminas, H 2S, CO2, etc.).

×

Baja eficiencia del sistema cuando existe alto contenido de gas libre.

×

Tendencia del estator a dañarse si trabaja en seco, aún por pe ríodos cortos.

×

Desgaste de Varillas y tubería en pozos altamente desviados.

×

Tendencia a alta vibración si el pozo trabaja a altas velocidades.

×

Relativa falta de experiencia.

4.2 RANGOS DE APLICACION DEL SISTEMA BCP A continuación se presenta una serie de tablas que contienen los rangos de aplicación de cada sistema el cual es caracterizado por tener un buen manejo tanto en crudos pesados y viscosos, como por una alta tolerancia al contenido de sólidos y el buen manejo de corte de agua.

Tabla: Características de las facilidades de superficie para Bombeo por Cavidades Progresivas. Fuente: Tesis Diseño de Software de Selección de SLA- Universidad Industrial de Santander UIS

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Tabla: Características de yacimiento, producción y pozo para el Bombeo por Cavidades Progresivas. Fuente: Tesis Diseño de Software de Selección de SL A- Universidad Industrial de Santander UIS

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Tabla: Características de los fluidos producidos para Bombeo por Cavidades Progresivas. Fuente: Tesis Diseño de Software de Selección de SLA- Universidad Industrial de Santander UIS

4.3 AVANCES DE LA - BCP Algunos de los avances logrados y que en la actualidad juegan un papel importante, han extendido su rango de aplicación que incluyen: 

Producción de petróleos pesados y bitumenes(< 18ºAPI) con cortes de arena hasta un 50 %



Producción de crudos medios(18-30 º API) con limitaciones en el % de S2H



Petróleos livianos(>30º API) con limitaciones en aromáticos



Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones brutas, asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria(por inyección de agua)

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En los últimos años las PCP han experimentado un incremento gradual como un método de extracción artificial común.

5. INSTALACIONES DEL EQUIPO DE CAVIDADES PROGRESIVAS (BCP) 5.1 INSTALACIÓN DE EQUIPOS DE SUBSUELO 1. CONEXIÓN DEL NIPLE DE PARO: Se conecta directamente al estator y bajo él se pueden roscar equipos adicionales, tales como: ancla de gas, anclas de tubería, filtros de arena, etc . 2. CONEXIÓN DEL NIPLE DE MANIOBRA AL ESTATOR: Es necesario colocar un niple de tubería de unos 4, 6 u 8 pies de largo sobre el estator para permitir el manejo del mismo en superficie. 3. BAJADA DE LA TUBERÍA DE PRODUCCIÓN: Toda la tubería de producción deberá bajarse al pozo apretando las juntas fuertemente, incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas 4. CONEXIÓN DEL ROTOR A LA SARTA DE CABILLAS: Se deberá roscar un niple de cabilla, completamente recto, de 2 o 4 pies al rotor apretándolo fuertemente. Permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo y facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo. 5. BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS: Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas. 6. ESPACIAMIENTO DEL ROTOR: Para calcular esta separación (S) se debe considerar la elongación que ha de experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinámicas, esta elongación se debe al esfuerzo axial que actúa sobre la sarta generado por la carga debida al diferencial de presión que levanta la boma.

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5.2 INSTALACIÓN EQUIPOS DE SUPERFICIE 5.2.1 INSTALACIÓN DEL CABEZAL DE ROTACIÓN Y MOTOR-REDUCTOR. Instalación del cabezal de rotación : Para instalar los cabezales de rotación, es necesarios

observar todas las normas de seguridad, ya que la operación es delicada debido la manipulación de cargas elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo. Según la marca y modelo de cabezal, este procedimiento tendrá algunas variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de cabillas. 1.

Levantar el eje del cabezal con guayas y conectarlo directamente a la sarta.

2.

Se levanta el cabezal de rotación, y se retira el elevador de las varillas.

3.

Se fija el cabezal de rotación a la brida sobre la “Te” de producción, apretando los

pernos fuertemente. 4.

Se ajusta el mecanismo antiretorno, para proceder a llenar la tubería de producción y realizar la prueba de presión.

5.

Si el cabezal es lubricado por aceite, se debe retirar el tapón ciego y colocar en su lugar el tapón de venteo.

6.

Ajustar el/los tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de presión, dando el mismo ajuste a cada uno de ellos.

Instalación del motovariador o motorreductor : La instalación de estos equipos se realiza una

vez que la prueba de presión ha culminado. Los pasos a seguir para la correcta instalación de los mismos es la siguiente: 1. Al conectar eléctricamente el motor se debe chequear el sentido de rotación el cual debe ser el de las agujas del reloj. 2. Se ajusta el acople mecánico, penetrando sus dientes en toda la extensión. 3. Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad. 4. Se coloca el tapón de venteo a la caja reductora y el pozo se deja bombeando.

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5. Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar una inferior a la velocidad de diseño.

5.2.2 INSTALACIÓN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS. Instalación del cabezal de rotación : Para estos equipos el procedimiento es el siguiente:

1. Conectar el lado hebra de la unión de golpe a las rosca inferior del cabezal y el lado macho a la “Te” de producción. 2. Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa. 3. Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a través del prensaestopas y del eje impulsor hueco. La barra pulida sobresale ahora del eje hueco. 4. Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal, conectar el mismo a la barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo superior. 5. Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida 6. Conectar el cabezal a la “Te” de producción por medio de la unión de golpe. Instalación del sistema motriz.

1. Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal. 2. Colocar la plancha de fijación del motor y fijar este en la misma. 3. Conectar el cable de alimentación eléctrica del motor de modo que la rotación sea a la derecha. 4. Colocar las poleas. 5. Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al mismo nivel. 6. Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de fijación del motor con el fin de darles la tensión requerida. 7. Colocar el guarda correas.

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6 PROBLEMA Y SOLUCION FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPENO DE LA BOMBA 6.1 CAUSAS QUE PUEDEN AFECTAR AL ELASTOMERIO ABRASION 

La severidad de esta falla puede depender de: abrasividad de las partículas, cantidad, velocidad linear del fluido dentro de la bomba y a través de la sección transversal de la cavidad.

ELASTOMERO PEGADO 

Generalmente está asociada a una falla en el proceso de fabricación, debido a la falta de pegamento en el interior del Housing o pegado ineficiente.



Puede también combinarse con efectos del fluido producido y las condiciones de fondo de pozo.

ELASTOMERO QUEMADOPOR ALTA TEMPERATURA 

Esta falla se da cuando la bomba trabaja si fluido (sin l ubricación) por largos períodos de tiempo.



La falta de fluido puede ser debido a falta de producción del pozo (baja productividad) u obstrucción de la succión.



Debido a esto, se eleva la temperatura del elastómero provocando la quema del mismo.

HISTERESIS 

Deformación cíclica excesiva del elastómero



Interferencia entre rotor y estator alta, debido a una selección no adecuada o por incremento de la misma debido a hinchamiento del elastómero.

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

Elastómero sometido a alta presión



Alta temperatura/ poca disipación del calor

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6.2 MODOS DE FALLAS QUE AFECTAN EN EL ROTOR



DESGASTE POR ABRASIÓN SIN AFECTAR EL MATERIAL BASE: Es el desprendimiento de la capa de cromo, sin afectar el material base. Generalmente se presenta en la parte media del rotor.

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

CROMADO SALTADO SIN AFECTAR EL MATERIAL BASE: El cromo se desprende en forma localizada sin llegar a afectar el material base. Se puede dar por el ataque del fluido al cromo.



DESGASTE POR ABRASIÓN SIN AFECTAR EL CROMADO TOTAL: Se presentan rayas radiales y generalmente se dan solo por la acción normal de bombeo.



DESGASTE META-METAL: Se produce generalmente en la parte superior del rotor, en el tramo que queda fuera del estator, o en la parte inferior del rotor, por rozamiento con el niple de paro.

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7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 CONCLUSIONES 

Las limitaciones del método continúan siendo la incapacidad de los elastómeros para manejar altas temperaturas, crudos livianos con bajo corte de agua y alto contenido de aromáticos, medianos a altos volúmenes de gas libre (el gas afecta la bomba de dos maneras, atacándolo directamente y por el calor que se genera al ser sustituido los líquidos por la mezcla gaseosa).



De igual manera, desde el punto de vista mecánico las cabillas representan un elemento con una capacidad limitada al esfuerzo combinado al torque y tensión constituyendo algunas veces a ser el equipo que impone la restricción en el diseño del sistema.

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Por último, cabe mencionar que estas bombas son muy versátiles excepto en lo referente a su compatibilidad entre modelos y marcas ya que ni los Estatores ni los rotores son intercambiables.

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El sistema de Bombeo por Cavidades Progresivas debe ser la primera opción a considerar en la explotación de pozos productores de petróleo por su relativa baja inversión inicial; bajos costos de transporte, instalación, operación y mantenimiento; bajo impacto visual, muy bajos niveles de ruido y mínimos requerimientos de espacio físico tanto en el pozo como en almacén.

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Las posibilidades de las bombas de ser utilizadas en pozos de crudos medianos y pesados; de bajas a medianas tasas de producción; instalaciones relativamente profundas; en la producción de crudos arenosos, parafínicos y muy viscosos; pozos verticales, inclinados, altamente desviados y horizontales y pozos con alto contenido de agua, las constituyen en una alternativa técnicamente apropiada para la evaluación del potencial de pozos o como optimización y re ducción de costos.

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Al sustituir grandes equipos de Bombeo Mecánico, se reduce el impacto ambiental (ruidos, derrames, etc), gastos asociados a consumo energético, optimización (cambios de velocidad de operación), diagnóstico y optimización, adicionalmente, en

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Bombeo Por Cavidades Progresivas

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