Manual de Cabezales de Rotación Estilo MG
Versión 1.0
Prefacio Prólogo La información, especificaciones e ilustraciones en esta publicación están actualizadas al momento de su impresión. Nuestra política es de desarrollo continuo y, por lo tanto, nos reservamos el derecho de enmendar cualquier parte de la información contenida en este manual o carpeta sin previo aviso.
Exención de Responsabilidad Este manual tiene la intención de dar a nuestros clientes información básica referente al diseño, instalación y operación de las unidades de motores para cabezales de pozo de Productos y Servicios de Bombeo de Cavidad Progresiva. No tiene intención de ser una fuente completa de información en dichos aspectos. El cliente es responsable de usar esta información en una manera correcta y segura. Para asistencia, contacte a su representante Weatherford más cercano. La operación de cualquier motor para cabezal de pozo Weatherford más allá de los parámetros descritos en este manual sin aprobación por parte de la fábrica podría ser dañino para el equipo y/o personal, en cuyo caso Weatherford Canada Partnership no puede aceptar ninguna responsabilidad al respecto y se exime de cualquier obligación por ello.
Declaración de Manufactura e Inspección Weatherford certifica que la inspección y pruebas serán llevadas a cabo de acuerdo con los manuales y procedimientos de Aseguramiento de la Calidad de Weatherford. Weatherford es un fabricante autorizado de bombas de cavidad progresiva y equipos de superficie y tiene un Programa de Control de Calidad en sitio y de acuerdo con el ISO 9002. Procedimientos escritos formales, personal competente y suficiente inspección a través de todas las fases del trabajo establecen el programa de aseguramiento de la calidad. Todos los esfuerzos se orientan a asegurar una pronta detección de no-conformidades, y para asegurar que se tomen acciones correctivas oportunas y efectivas para prevenir recurrencias en el futuro.
Prefacio Prólogo La información, especificaciones e ilustraciones en esta publicación están actualizadas al momento de su impresión. Nuestra política es de desarrollo continuo y, por lo tanto, nos reservamos el derecho de enmendar cualquier parte de la información contenida en este manual o carpeta sin previo aviso.
Exención de Responsabilidad Este manual tiene la intención de dar a nuestros clientes información básica referente al diseño, instalación y operación de las unidades de motores para cabezales de pozo de Productos y Servicios de Bombeo de Cavidad Progresiva. No tiene intención de ser una fuente completa de información en dichos aspectos. El cliente es responsable de usar esta información en una manera correcta y segura. Para asistencia, contacte a su representante Weatherford más cercano. La operación de cualquier motor para cabezal de pozo Weatherford más allá de los parámetros descritos en este manual sin aprobación por parte de la fábrica podría ser dañino para el equipo y/o personal, en cuyo caso Weatherford Canada Partnership no puede aceptar ninguna responsabilidad al respecto y se exime de cualquier obligación por ello.
Declaración de Manufactura e Inspección Weatherford certifica que la inspección y pruebas serán llevadas a cabo de acuerdo con los manuales y procedimientos de Aseguramiento de la Calidad de Weatherford. Weatherford es un fabricante autorizado de bombas de cavidad progresiva y equipos de superficie y tiene un Programa de Control de Calidad en sitio y de acuerdo con el ISO 9002. Procedimientos escritos formales, personal competente y suficiente inspección a través de todas las fases del trabajo establecen el programa de aseguramiento de la calidad. Todos los esfuerzos se orientan a asegurar una pronta detección de no-conformidades, y para asegurar que se tomen acciones correctivas oportunas y efectivas para prevenir recurrencias en el futuro.
Manual de BCP Tabla de Contenidos Introducción
Pág. 4
Selección del Cabezal De Rotación
Pág. 6
Formato de Diseño de Bomba BCP
Pág. 8
Carta de Especificaciones Especificaci ones Completas
Pág. 9
Opciones de Equipos de Motor Directo
Pág. 11
Diagramas de Cabezales De Rotación
Pág. 12
Procedimientos Procedimient os de Instalación de Motores
Pág. 15
Procedimientos Procedimient os de Desinstalación de Cabezales De Rotación
Pág. 18
Procedimientos Procedimient os de Instalación de Abrazaderas de Barra Pulida
Pág. 19
Procedimientos Procedimient os de Arranque de Cabezal De Rotación
Pág. 22
Procedimientos Procedimient os de Apagado de Cabezal De Rotación
Pág. 22
Limitaciones de Motor y Relación de Poleas
Pág. 24
Cronograma de Mantenimiento
Pág. 27
Procedimientos Procedimient os de Mantenimiento
Pág. 27
Información, Configuración y Mantenimiento de Prensaestopas
Pág. 29
Identificación Identificac ión de Problemas de Cabezal de Rotación
Pág. 34
Apéndices
Pág. 35
Garantía de Weatherford Weatherf ord Canadá Partnership
Pág. 46
Introducción Motores Directos Estilo MG La configuración diversa de los cabezales de rotación estilo MG los hace notablemente duraderos, confiables y fáciles de mantener. Estas unidades son impulsadas a través de correas y poleas, típicamente por un motor eléctrico, pero pueden ser impulsadas por un motor hidráulico. El motor se instala en una puerta ajustable que es un componente del chasis del cabezal. Un protector de correa batiente encierra completamente las correas y poleas pero provee un fácil acceso y máxima seguridad. El eje hueco de la unidad del cabezal está acoplado a la barra pulida con una abrazadera para tal fin. Bujes de precisión dentro del eje aseguran una alineación apropiada de la barra pulida. El sólido chasis del cabezal soporta el ensamble con una variedad de opciones de prensaestopas disponibles. El Mini G y MG están disponibles con un prensaestopas rotativo opcional, lo cual se denota como "-l". Una lista completa de todas las opciones disponibles se muestra en la página 6. Todo lo que se requiere es un mantenimiento mínimo. Cuando se requiere algún otro servicio, la construcción por componentes individuales del motor permite reparaciones fáciles. Los motores directo estilo MG de Weatherford utilizan un sistema patentado* de control de backspin o retrogiro totalmente encerrado que hace uso de la fuerza centrífuga creada durante el backspin para enganchar unas zapatas grandes contra una carcasa estacionaria. Este sistema se encuentra sumergido en un aceite sintético que controla las fluctuaciones de temperatura al tiempo que lubrica todas las partes móviles para asegurar una larga vida de servicio. Una característica única del diseño de este tipo de control de backspin es que la reducción de velocidad no comienza hasta la que barra pulida alcanza una velocidad predeterminada, como lo describe la tabla a continuación. Una vez que la velocidad de la barra pulida es reducida por debajo de esta velocidad, las zapatas se retraen para una descarga de fluido rápida y controlada.
Velocidad de Backspin (rpm)
Mini G
MG
Dual MG
MG250
150
250
250
180
* Patente EE.UU. #6.079.489; Patente Canadiense #2.322.656
Lista de Equipos 1. Cubierta de Barra Pulida 2. Cabezal de Rotación 3. Motor Eléctrico o Hidráulico 4. Correas y Poleas 5. Tacómetro Remoto 6. Rejilla Protectora 7. Conexión de Cabezal a Prensaestopas 8. Abrazadera de Soporte de Barra Pulida 9. Barra Pulida 10. Acople de Cambio de Barra Pulida a Cabilla "Sucker Rod"
11. Guías de las Cabillas 12. Acoples de Cabillas "Sucker Rod" 13. Acople de Cambio de Rosca de Estator a Rosca de Tubería
14. Cabillas "Sucker Rod" 15. Junta "Pup-Joint" de la Tubería 16. Acople de Cambio Rotor/Cabilla "Sucker Rod" 17. Estator (incluye el Niple de Paro) 18. Rotor 19. Niple de Paro (parte del Estator) 20. Ancla de Torque/Herramienta Anti-Giro
Selección de Cabezal de Rotación Para poder escoger el mejor motor para la aplicación, lo siguiente debe ser considerado:
- Profundidad del pozo - Nivel del fluido - Tamaño de la bomba - Tamaño de las cabillas "sucker rod", barra pulida y conexión de tubería - Torque operativo - Rango de velocidad deseado - Motor primario (motor eléctrico o de combustión interna) Weatherford BCP actualmente fabrica una variedad de cabezales de rotación para adaptarse a cada aplicación de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva. Los mismos se resumen a continuación.
HTD y Línea
- torque de control preciso y velocidad ajustable del cabezal es posible sin el uso de un VFD En (Variador de Frecuencia) - sistema de control de backspin con restricción de orificio fijo hidráulico - skid hidráulico alimentado por un motor de combustión interna o un motor primario eléctrico requerido para alimentar estas unidades
M2
- motor con caja de cambios en ángulo recto (2:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 60HP - mordaza de freno externa automática y sistema de control de backspin de disco con "pruebaal-vuelo" - motores de combustión interna, primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
M4
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 60HP - mordaza de freno externa automática y sistema de control de backspin de disco con "pruebaal-vuelo" - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
MC4
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 60HP - mordaza de freno externa automática y sistema de control de backspin de disco - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
AF30
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 30HP - sistema de control de backspin hidráulico interno automático - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
Mini G
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 75 HP - sistema de control de backspin por fricción centrífuga interna automática - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
MG
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 125HP - sistema de control de backspin por fricción centrífuga interna automática
- motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
MG Dual
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 150HP con dos motores de 75HP - sistema de control de backspin por fricción centrífuga interna automática - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
MG250
- motor directo (1:1) diseñado para aplicaciones que requieran de hasta 250HP con dos motores de 125HP - sistema de control de backspin por fricción centrífuga interna automática - motores primarios eléctricos o hidráulicos pueden alimentar estas unidades
Estos son sólo lineamientos. Para más información refiérase a la "Tabla de Especificaciones de Motores" en las Páginas 5 y 6 que lista los límites de cada unidad. Para determinar el motor óptimo para su aplicación particular, por favor contacte a su Representante Técnico o de Ventas de Weatherford más cercano.
Formato de Diseño de Bomba BCP Ofrecemos la capacidad de predecir todos los elementos de un Sistema de Bombeo de Cavidad Progresiva en Fondo de Pozo, incluyendo la presión diferencial, velocidad estimada de la bomba, torque de la cabilla pulida y la potencia total de entrada requerida para cualquier conjunto de parámetros de pozo. A partir de esta información es posible seleccionar correctamente la bomba de fondo de pozo sobre la base de las capacidades de volumen y levantamiento, diámetro y grado de la cabilla "sucker rod", caballaje del motor primario y tipo de cabezal de rotación en superficie más adecuado para su aplicación.
Continuación de Especificaciones de Cabezal de Rotación Estilo MG
Tabla 2: Opciones de Equipamiento del Motor Directo
Figura 1: Ensamble de Cabezal de Rotación Mini G
Figura 2: Ensamble de Cabezal de Rotación MG
Figura 3: Ensamble de Cabezal de Rotación MG250
MG250 con Prensaestopas Rotativo Retrocompatible
Procedimientos de Instalación de Cabezal de Rotación 1. Una vez que el rotor se asiente correctamente sobre el estator, refiérase a los procedimientos de instalaciones de Bombas BCP en el Manual de Operador BCP, la longitud de las cabillas "sucker rod" en el agujero debe ser ajustada para permitir espacio la barra pulida. Desde la parte superior de la "T" de flujo, añada la altura del cabezal de rotación en superficie cómo lo determina la Tabla 1: Especificaciones de Cabezal de Rotación Serie MG en la página 5. Añada unos 30cm (12") adicionales para la abrazadera de la barra pulida y el saliente superior. Para un motor equipado con una abrazadera de Barra Pulida Apilada, añada unos 45cm (18") adicionales. Coloque una marca sobre la cabilla "sucker rod" en este punto para representar la longitud deseada para la sarta de cabillas, incluyendo la barra pulida. 2. Remueva suficiente de las cabillas "sucker rod" para hacer espacio para la barra pulida. La diferencia entre la "sucker rod" removida versus la longitud de la barra pulida sumada debe ser compensada con cabillas "pony rod". Para prevenir problemas por vibración en superficie, cualquier cabilla "pony rod" debe ser bajada a por lo menos la longitud de dos "sucker rods" completas por la sarta de cabillas. La barra pulida debería ser lo suficientemente larga como para permitir que el rotor sea sacado completamente fuera del estator sin remover el equipo de superficie. No sólo es importante permitir un procedimiento apropiado de flush-by, si no que también es una consideración de seguridad en operaciones de servicio de pozo. Las longitudes de rotor para todas las Bombas Weatherford están disponibles en el Manual de Especificaciones y Capacidades. Nota: todas las conexiones de la sarta de cabillas deberían ser hechas de acuerdo a las especificaciones del fabricante. 3. Usando una "pony rod" corta en el tope de la barra pulida como un elemento de manejo, recoja y conecte esta última a la sarta de "sucker rods" usando un acople de barra pulida. Para asegurar un sellado apropiado del prensaestopas, es crítico que la barra pulida esté recta y no tenga desgaste o corrosión significativos. 4. Reconfirme el espaciamiento de la bomba con la configuración de sarta de cabillas modificada. La marca objetivo debe estar dentro de 15cm (6") del tope de la barra pulida. De no serlo así, haga los ajustes necesarios a las longitudes de las "pony rods". Advertencia: Un saliente de más de 60cm (24") de la barra pulida por encima de la abrazadera del cabezal puede causar daños severos durante la reculada. El saliente debería ser minimizado a 30cm (12") o menos. 5. Cuando la sarta de cabillas esté posicionada de manera apropiada, instale una abrazadera en la barra pulida adyacente al tope de la "T" de flujo o enganche la abrazadera de soporte de la barra pulida. 6. Lime cualquier viruta o puntos ásperos en la barra pulida, para prevenir daño al prensaestopas y/o bujes en el eje del cabezal. NUNCA DEJE MARCAS DE LLAVE DE TUBO EN LA BARRA PULIDA. 7. Aplique aceite lubricante sobre la barra pulida para limpiarla y lubricarla. Este paso importante evitará que la barra pulida se atasque por las estrechas tolerancias del eje del cabezal de rotación y el prensaestopas. 8. Remueve la "pony rod" de manejo de la barra pulida.
9. Instale una herramienta de alineación de barra pulida (bala) encima de ésta para prevenir daños a las roscas de la barra pulida y/o empacadura del prensaestopas. 10. Si se está instalando un cabezal de rotación con prensaestopas anexo, vaya al paso 18. 11. Eleve el ensamble del prensaestopas y deslícelo sobre el tope de la barra pulida. 12. Si se está usando una Abrazadera de Soporte de Barra Pulida, vaya al paso 14. 13. Reconecte la "pony rod" de manejo a la barra pulida y eleve la sarta de cabillas justo lo suficiente como para que el peso de la cabilla se libere de la abrazadera en la barra pulida, en cuyo punto la abrazadera se removerá temporalmente. 14. Baje el ensamble del prensaestopas hacia la "T" de flujo y atorníllelo o enrósquelo en su sitio. Apriete todos los conectores del cabezal del pozo hasta sus especificaciones de máximo torque. 15. Si se está usando una Abrazadera de Soporte de Barra Pulida, vaya al paso 18. 16. Reinstale la abrazadera de la barra pulida, adyacente al tope del prensaestopas, y baje la sarta de cabillas para mantener la barra pulida en su lugar. 17. Retire el "pony rod" de manejo de la barra pulida. 18. Use una eslinga de tres puntos y eleve el cabezal de rotación orientándolo sobre el tope de la barra pulida con una grúa/montacargas o una línea de güinche. Advertencia: Use los ganchos de izamiento sobre la cubierta o el chasis, NO eleve el cabezal de rotación por las poleas. 19. Baje el cabezal de rotación hasta el tope de la barra pulida. 20. Si se está usando una Abrazadera de Soporte de Barra Pulida, vaya al paso 23. 21. Si se instala un cabezal de rotación equipado con un prensaestopas integral sin abrazadera de soporte para la barra pulida, retire la herramienta de alineación de la barra pulida (bala). Reconecte la "pony rod" de manejo a la barra pulida y eleve la sarta de cabillas sólo lo suficiente como para que el peso de la cabilla se elimine de la abrazadera en la barra pulida y retire dicha abrazadera. 22. Baje el cabezal de rotación sobre el tope de la barra pulida y alinee los huecos de los pernos de montaje con el cabezal de rotación. Para facilitar una alineación apropiada, asegúrese que las regiones de acople del cabezal de rotación y la brida del cabezal de pozo/prensaestopas estén libres de lodo y otros desechos. Nota: Para aplicaciones de pozos desviados, el cabezal de rotación debería estar orientado de manera que el motor esté arriba. 23. Conecte el cabezal de rotación a la brida del cabezal de pozo/prensaestopas. 24. Retire la eslinga de tres puntos y el montacargas/grúa o la línea de güinche.
25. Limpie la barra pulida de cualquier grasa o aceite a lo largo del área donde la abrazadera de la barra pulida estará ubicada. 26. Instale la abrazadera de la barra pulida, siguiendo los procedimientos en la página 13. 27. Apoye el peso de la sarta de cabillas desde la "pony rod" usando elevadores y retire la abrazadera de la barra pulida en el tope del prensaestopas o desenganche la abrazadera de soporte de la barra pulida siguiendo los procedimientos de la página 14. Con cabezales de rotación equipados con prensaestopas integral, asegúrese que la abrazadera hexagonal en el tope del eje principal esté conectada apropiadamente. 28. Baje los elevadores y luego enganche la abrazadera de la barra pulida en el eje principal. 29. Retire los elevadores y la "pony rod" de manejo. Nota: coloque un acople en el tope de la barra pulida. No deje ninguna "pony rod" en el tope de la barra pulida durante las operaciones de bombeo. 30. En conexiones roscadas de cabezal de pozo apriete fuertemente la cadena de seguridad en el chasis del cabezal de rotación alrededor de la "T" de flujo para evitar que el cabezal retroceda. La cadena de seguridad no es requerida cuando no hay conexiones roscadas por debajo del cabezal de rotación. 31. Revise y apriete todas las tuercas y pernos en el cabezal de rotación. 32. De ser aplicable, instale la barra pulida y la rejilla de protección. 33. De ser aplicable, instale los brazos de soporte. Refiérase a la página 15 de este manual para procedimientos específicos de arranque.
Procedimientos de Desinstalación del Cabezal de Rotación. 1. Siga los procedimientos de apagado del cabezal en la página 15. 2. Desconecte las mangueras o cableado hacia el motor eléctrico. 3. Conecte una "pony rod" de 2' y un acople de cabilla a la barra pulida. 4. Con el uso de una unidad de flush-by o cabria, conecte la línea de trabajo a la "pony rod" de 2'. 5. Hale la "pony rod" hacia arriba para sostener el peso de la cabilla. 6. Comience a aflojar los pernos de la abrazadera de la barra pulida. 7. Una vez que la abrazadera se ha aflojado, comience a tirar de la barra pulida hacia arriba (aprox. 2-3 pies). 8. Atornille la BOP de la cabilla para aislar la tubería de producción y cierre la válvula de la línea de flujo a la línea de producción. 9. Conecte la línea del güinche o grúa a los ojales de izamiento en el cabezal de rotación. Asegúrese que el cabezal esté balanceado. 10. Comience a remover los pernos de la brida del cabezal de pozo o desatornille el cabezal de rotación de la "T" de flujo". 11. Una vez que el cabezal se ha aflojado, comience a elevarlo con la línea del güinche o la grúa (aprox. 2-3 pies). 12. Enganche la abrazadera de soporte de la barra pulida siguiendo los procedimientos en la página 14 y vaya al paso 14. 13. De no estar usando una abrazadera de soporte de barra pulida, instale una abrazadera de dos pernos y una placa de acero de 1" en la "T" de flujo del cabezal de pozo para soportar las cabillas. 14. Retire la "pony rod" de 2' y el acople de la cabilla desde el extremo de la barra pulida. 15. Eleve el cabezal de rotación sobre la barra pulida.
Procedimientos de Instalación de Abrazadera de Barra Pulida Una vez que el cabezal de rotación ha sido instalado en el cabezal del pozo, la abrazadera de la barra pulida debe asegurarse al eje principal y la barra pulida. 1.
Coloque la abrazadera de la barra pulida en el eje principal asegurando que la ranura en el fondo de la abrazadera esté alineada con el eje principal.
2.
Instale las tuercas y pernos en la abrazadera y apriételas levemente. Los pernos 1, 2 y 3 deberían tener las tuercas visibles, mientras que los pernos 4, 5 y 6 deberían tener las cabezas de los pernos visibles.
3.
Los pernos para la abrazadera deberían ser apretados en la secuencia numerada arriba.
4.
Apriete uniformemente los pernos 1, 2 y 3 (es decir, no apriete el perno 1 completamente antes de pasar al perno 2).
5.
Apriete uniformemente los pernos 4, 5 y 6 (es decir, no apriete el perno 1 completamente antes de pasar al perno 2).
6.
Una vez que todos los pernos han sido instalados, asegúrese que hayan sido apretados a 250 pies-lbs.
Abrazadera Apilada de Barra Pulida Una vez que el cabezal de rotación ha sido instalado en el cabezal del pozo, la abrazadera de la barra pulida debe asegurarse al eje principal y la barra pulida. 1.
Coloque la primera abrazadera de la barra pulida en el eje principal asegurando que la ranura en el fondo de la abrazadera esté alineada con el eje principal.
2.
Instale las tuercas y pernos en la abrazadera y apriételas levemente. Los pernos 1, 2 y 3 deberían tener las tuercas visibles, mientras que los pernos 4, 5 y 6 deberían tener las cabezas de los pernos visibles.
3.
Los pernos para la abrazadera deberían ser apretados en la secuencia numerada arriba.
4.
Apriete uniformemente los pernos 1, 2 y 3 (es decir, no apriete el perno 1 completamente antes de pasar al perno 2).
5.
Apriete uniformemente los pernos 4, 5 y 6 (es decir, no apriete el perno 1 completamente antes de pasar al perno 2).
6.
Coloque la segunda abrazadera de la barra pulida en el eje principal asegurando que la ranura en el fondo de la abrazadera esté alineada con el tope de la primera abrazadera.
7.
Instale las tuercas y pernos en la abrazadera y apriételas levemente. Los pernos 7, 8 y 9 deberían tener las tuercas visibles, mientras que los pernos 10, 11 y 12 deberían tener las cabezas de los pernos visibles.
8.
Los pernos para la abrazadera deberían ser apretados en la secuencia numerada arriba.
9.
Apriete uniformemente los pernos 7, 8 y 9 (es decir, no apriete el perno 7 completamente antes de pasar al perno 8).
10. Apriete uniformemente los pernos 10, 11 y 12 (es decir, no apriete el perno 10 completamente antes de pasar al perno 11). 11. Una vez que todos los pernos han sido instalados, asegúrese que hayan sido apretados a 250 pies-lbs.
Procedimientos de Abrazadera de Soporte de Barra Pulida Instalación 1.
Inspeccione visualmente las mordazas para asegurar que estén retraídas y en buenas condiciones operativas.
2.
Posicione la abrazadera entre la brida del cabezal de rotación y la brida del cabezal de pozo.
3.
Los espárragos que aseguran el cabezal de rotación al cabezal del pozo podrían tener que ser alargados para asegurar que haya suficiente exposición de rosca para atornillar la tuerca.
4.
Apriete los espárragos en patrón de estrella. Nota: Para aplicaciones con cargas axiales aumentadas, la abrazadera de soporte de la barra pulida puede ser apilada. Contacte con su representante local de Weatherford para determinar si se requieren abrazaderas de soporte de barra pulida apiladas.
Enganche 1.
Siga los procedimientos de apagado del cabezal de rotación en la página 15.
2.
Apriete lentamente los cuatro pernos de manera uniforme, usando las muescas en los pernos como punto de referencia, en un patrón de estrella hasta un torque de 250 pies-lbs.
3.
Vuelva a revisar cada perno para verificar el torque de 250 pies-lbs. Nota: Los pernos se deben apretar y aflojar lentamente para prevenir daños a los sellos de los o-rings.
Desenganche 1.
Asegúrese que el peso de las cabillas esté soportado.
2.
Libere el torque de los pernos estando alerta respecto a la energía potencial en el sistema.
3.
Desatornille los pernos de 2 a 4 vueltas.
4.
La abrazadera está ahora desenganchada y el cabezal de rotación puede ser arrancado siguiendo los procedimientos en la página 15.
Mantenimiento Los o-rings y anillos de respaldo que están los pernos que enganchan las mordazas de la abrazadera pueden ser reemplazados en campo. Si las mordazas se dañan la abrazadera debe ser retornada a Weatherford para su reparación. Para reemplazar los o-rings y anillos de respaldo: Siga los procedimientos de apagado del cabezal de rotación en la página 15. 1.
Asegúrese que toda la presión es eliminada de la abrazadera de soporte de la barra pulida.
Anillo de Respaldo 8-112
O-Ring de Vitón 2112
2.
Retire los cuatro pernos de la abrazadera.
3.
Retire y reemplace los o-rings y anillos de respaldo.
4.
Reinstale los pernos en la abrazadera, apretándolos contra la barra pulida para enganchar los pernos dentro de las mordazas.
5.
Retraiga los pernos siguiendo los procedimientos de desenganche mencionados arriba.
Procedimientos de Arranque del Cabezal de Rotación Asegúrese que procedimientos apropiados de instalación del cabezal de rotación fueron seguidos como se describieron en la página 10. Previo a cualquier ajuste o mantenimiento de un cabezal de rotación, asegúrese que haya abrazaderas de bloqueo y/o seguridad apropiadamente en su lugar de acuerdo a los procedimientos del fabricante y de la compañía de producción.
1. Informe a todo el personal relacionado con el arranque acerca de los procedimientos a ser seguidos (es decir, reunión de seguridad). 2. Prepare todos los componentes de casing, tubería, línea de flujo aguas abajo y dispositivos de seguridad correctamente para la operación. 3. Revise que el nivel de aceite de la caja de rodamientos, condición/tensión de las correas y prensaestopas estén listos para la operación. 4. Retire o desenganche todas las abrazaderas de bloqueo y/o seguridad. 5. Asegúrese que la configuración del cabezal de rotación y/o parámetros del VFD sean compatibles con las especificaciones de la sarta según el fabricante (Refiérase al Apéndice H). 6. Confirme una rotación apropiada de la sarta del cabezal. 7. Arranque el cabezal de rotación a las RPM especificadas de inicio. 8. Monitoree la presencia de cualquier ruido, vibraciones y fugas inusuales, así como temperaturas excesivas del cabezal de rotación. 9. Una vez que el fluido está establecido en la superficie, confirme que los dispositivos de seguridad estén operando correctamente (p.ej.: Apagado por Alta Presión de Línea de Flujo). 10. Monitoree la operación del cabezal de rotación a un mayor nivel hasta que se establezca la producción normal.
Procedimientos de Apagado del Cabezal de Rotación Al momento de una parada tanto controlada como descontrolada de un Sistema de Bombeo de Cavidad Progresiva, es crítico entender que la velocidad de retroceso, de no ser restringida, puede exceder la capacidad nominal de las correas y poleas, haciendo que éstas fallen. El peor tipo de falla desde el punto de vista de la seguridad personal es exceder la velocidad del rin, causando que las poleas exploten. Recuerde que la unidad de control de retroceso de cualquier motor de superficie debería ser considerada como un dispositivo de seguridad para controlar la liberación del torque desde la sarta de cabillas durante el apagado, pero no es el único medio para una operación segura. Para una mayor seguridad general en la operación y apagado de los sistemas de Cabezales de Superficie para Cavidad Progresiva, se deben considerar los siguientes pasos.
Importante: La fricción del rotor dentro del estator, el arrastre de la sarta de cabillas contra la tubería, así como cualquier fricción dentro de los componentes del cabezal en superficie no permitirá que el fluido en la tubería se ecualice completamente con el fluido dentro del casing. Por lo tanto, después que u n cabezal de rotación ha sido apagado y el "backspin" se ha detenido, aún habrá potencial para un retroceso adicional. Se deben tomar precauciones al momento de acercarse a cualquier pozo que haya sido apagado.
1. Informe a todo el personal relacionado con el apagado de los procedimientos a ser seguidos (es decir, reunión de seguridad). 2. Familiarícese con las condiciones operativas del pozo previo al apagado, incluyendo los niveles de fluido, velocidad y torque. 3. Acérquese al pozo con precaución; incluya una inspección visual y revise cualquier condición operativa anormal. 4. Apague el cabezal en el panel de control maestro y observe el desempeño del control de "backspin". Si el pozo está equipado con un VFD, refiérase a los procedimientos de apagado del fabricante. Como mínimo, establezca una rampa gradual descendente de velocidad del variador antes de apagarlo. 5. No se acerque al cabezal de rotación hasta que la barra pulida se haya detenido por completo. 6. Apague y bloquee el panel de control maestro. 7. Previo al servicio del pozo y/o mantenimiento del cabezal de rotación, siga los procedimientos recomendados de enganche de la abrazadera de soporte de la barra pulida en la página 14.
Limitaciones del Motor y Relación de Polea La historia demuestra que la mayoría de los incidentes serios con cualquier cabezal de rotación BCP ha ocurrido cuando la bomba se atasca en fondo de pozo y el sistema BCP ha acumulado torque en un intento por liberar la bomba. En una aplicación eléctrica directa, este torque de entrada está típicamente limitado sólo por el caballaje máximo que el motor puede entregar y por la capacidad de la sarta de cabillas para transmitir el torque hacia la bomba. Un hecho desconocido para la mayoría de los operadores es que todos los motores eléctricos tienen la capacidad de entregar más del 250% de su caballaje de placa a carga completa. Este torque aplicado potencial puede exceder en mucho los límites publicados estructurales y de control de "backspin" del cabezal de rotación. En nuevas instalaciones, la mejor forma de limitar la entrada de torque máximo es restringir el tamaño del motor y la relación de polea para así limitar el torque máximo que podría ser potencialmente aplicado. Los gráficos en las páginas 17 y 18 han sido preparados para ilustrar los límites operativos seguros, y definen dónde puede haber un problema potencial con la aplicación del torque excesivo al sistema. Al usar el gráfico relevante, para un modelo de cabezal de rotación seleccionado y comparar la relación de polea contra el caballaje conectado para cualquier aplicación dada, la operación del sistema de bombeo BCP será como sigue: •
•
•
En el área Gris Claro, el Sistema de Bombeo BCP es inherentemente seguro. No es posible aplicar más torque que el torque de entrada máximo recomendado con el equipo especificado. En la Zona Blanca, la operación debería ser cuidadosamente considerada. Si el motor fuese operado con este límite de torque extremo (potencialmente 250% del caballaje nominal en placa), para poder liberar una bomba atascada durante el arranque, podría ser posible exceder la carga nominal del cabezal de rotación. En la Zona Gris Oscuro, la operación es potencialmente peligrosa a menos que se use un dispositivo aceptable limitador de torque. Sin un
dispositivo tal, es muy posible que la capacidad de carga nominal del sistema sea excedida. Aplicar cualquier Cabezal de Rotación en Superficie de Weatherford con una combinación polea/caballaje que caiga dentro de la zona Blanca o Gris Oscura de la curva relevante no significa que dicha combinación no pueda ser usada. Lo que está siendo ilustrado es que, bajo ciertas circunstancias, existe el potencial para que ocurra un evento de retroceso en donde la energía almacenada en la sarta de cabillas y la columna de fluido pueda ser mayor que la que el cabezal de rotación esté diseñado para controlar. Este potencial se basa en la relación de polea y el caballaje conectado en aplicaciones de motor eléctrico directo, así como en la capacidad del dispositivo de control de "backspin" del cabezal de rotación para manejar el retroceso con seguridad. Cuando se opere cualquier sistema BCP en la Zona Blanca o Gris Oscura, se recomienda que algún tipo de dispositivo preciso limitador de torque sea utilizado. Este control de torque puede ser en una de diversas formas. 1. Un variador por vector de flujo con límites de torque configurados apropiadamente. Es importante recordar que no todos los VFD son de tipo vectorial y que un variador escalar no proveerá un control de torque preciso. Los límites de torque en el variador vectorial no deben ser ajustados hacia arriba para liberar una bomba atascada. Daños a los equipos podrían resultar de ello. 2. Un dispositivo limitador de torque que use la potencia del motor, y no la corriente del mismo, para controlar el torque. Leer la corriente del motor o usar calentadores del mismo no son ni precisos ni suficientemente rápidos como para proteger al usuario. Una vez que el cabezal apropiado haya sido seleccionado e instalado, necesita ser mantenido. Es imperativo que los procedimientos de mantenimiento del fabricante sean seguidos, incluyendo cambios rutinarios de aceite y chequeos del desempeño del dispositivo de control de "backspin".
Tabla 4: Programación de Mantenimiento de Cabezales Estilo MG MANTENIMIENTO
FRECUENCIA
RODAMIENTOS DE MG/Dual MG & MG250 Cambio de Aceite1
Anualmente
Tipo de Aceite2
Mobil SHC 630
Cantidad de Aceite
26 litros. Mantener lleno hasta línea de nivel de aceite
RODAMIENTOS DE Mini G Cambio de Aceite1
Anualmente
Tipo de Aceite2
Mobil SHC 630
Cantidad de Aceite
13 litros. Mantener lleno hasta línea de nivel de aceite
1
Cronograma de cambio de aceite basado en operación de los cabezales a 300 RPM, 24 horas. Una operación más rápida podría requerir de cambios de aceite más frecuentes. El cambio de aceite del primer mes es recomendado ya que las pruebas han demostrado que las más altas concentraciones de partículas de desgaste se generan en las primeras 500 horas de uso. Con cada cambio de aceite, revise y apriete las tuercas y pernos en los chasis de soporte del motor y los protectores de las correas, revise y ajuste la tensión de estas últimas, asegúrese que ni las correas ni las poleas estén agrietadas o dañadas, y revise el nivel del aceite. 2
No Mezcle Tipos de Aceite. Al cambiar los tipos de aceite, se debe hacer un cambio completo. Use Mobil SHC 630 o equivalente.
Procedimientos de Reemplazo de Correas de Cabezales en Pozo 1. Apague el cabezal del pozo siguiendo los Procedimientos de Apagado del Cabezal de Rotación en la página 15. 2. Siga los Procedimientos de Enganche de la Abrazadera de Soporte de la Barra Pulida en la página 14. 3. Cierre la válvula de línea de flujo al tanque de producción. 4. Abra la cubierta abisagrada de la correa. 5. Cierre la puerta de montaje del motor completamente. 6. Retire la correa vieja. 7. Instale la(s) nueva(s) correa(s) y apriétela(s) hasta llegar a la tensión apropiada.
8. Cierre y asegure la cubierta abisagrada de la correa. 9. Siga los Procedimientos de Desenganche de la Abrazadera de Soporte de la Barra Pulida en la página 14. 10. Abra la válvula de la línea de flujo al tanque de producción. 11. Arranque el cabezal siguiendo los Procedimientos de Arranque del Cabezal de Rotación en la página 15.
Prensaestopas Weatherford Todos los Cabezales para Cavidad Progresiva requieren de un prensaestopas para crear un sello entre la barra pulida y la tubería. Weatherford BCP fabrica una variedad de prensaestopas: • Convencional • Convencional con empacadura inyectable • Retro-compatible Rotativo • Integral Rotativo Con la expansión continua de las aplicaciones CP, se introdujo un Prensaestopas Retrocompatible (rotativo) para condiciones operativas más difíciles. Las partes internas del 'Retrocompatible' fueron colocadas dentro de un compartimiento bridado para formar parte del Prensaestopas Integral. Convencional • Empacadura tipo cuerda • Conexión a cabezal de pozo tipo brida o pin
Retro-compatible Rotativo • Sello obturador bridado • Conexión a cabezal de pozo tipo brida
Convencional con Empacadura Inyectable • Empacadura inyectable que se conforma a una barra pulida nueva o desgastada • Conexión a cabezal de pozo tipo brida o pin
Integral Rotativo • Sello obturador bridado • Conexión a cabezal de pozo tipo brida
Procedimientos de Preparación de Prensaestopas Prensaestopas Convencional 1. Una vez que el cabezal de rotación con el prensaestopas ha sido instalado en el cabezal del pozo siguiendo los procedimientos en la página 10, afloje la tapa en la parte superior del prensaestopas. 2. Engrase el prensaestopas con una grasa a base de litio de alta calidad.
Prensaestopas de Empacadura Inyectable 1. Una vez que el cabezal de rotación con el prensaestopas ha sido instalado en el cabezal del pozo siguiendo los procedimientos en la página 10, asegúrese que la tapa esté sólo apretada con la mano. Deberían haber cuatro (4) hileras de rosca visibles como se ilustra a la derecha. Esto mantendrá una presión constante sobre el resorte del prensaestopas, lo que asegurará una compresión completa de la empacadura inyectable. 2. No apriete excesivamente la tapa del prensaestopas, ya que esto ocasionará sobrecalentamiento y un desgaste acelerado de la empacadura, llevando inevitablemente a un desgaste prematuro.
Prensaestopas Retro-compatibles 1. Una vez que el cabezal de rotación con el prensaestopas ha sido instalado en el cabezal del pozo siguiendo los procedimientos en la página 10, posicione la manga rotativa de manera que quede entre ¼" y ¾" por sobre las partes estacionarias como se ilustra a la derecha. La manga se elevará cuando la tapa sea apretada. 2. Apriete firmemente la tapa, al tiempo que sube la manga rotativa. Esta tapa asegura la manga rotativa a la barra pulida. Daños al ensamble podría ser resultado de una tapa no apretada. 3. Cuando se opera de manera apropiada, la tapa debería girar con la barra pulida. 4. Abra la válvula de muestreo más baja y aplique grasa a base de litio de alta calidad desde el otro lado. 5. Purgue toda la grasa anterior y repita el procedimiento en la recámara superior. 6. Cierre las válvulas de muestreo.
Prensaestopas Integral 1. Una vez que el cabezal de rotación con el prensaestopas ha sido instalado en el cabezal del pozo siguiendo los procedimientos en la página 10, asegúrese que la llave Allen esté correctamente conectada con la abrazadera de la barra pulida. 2. Abra la válvula de muestreo más baja y aplique grasa a base de litio de alta calidad desde el otro lado. 3. Purgue toda la grasa anterior y repita el procedimiento en la recámara superior. 4. Cierre las válvulas de muestreo.
Mantenimiento del Prensaestopas Los procedimientos de mantenimiento del prensaestopas varían por locación de pozo. Dependiendo de la severidad de la aplicación, podría requerirse de un engrase diario, pero, como mínimo, se recomienda un mínimo de un engrase semanal.
Prensaestopas Convencionales Después del arranque inicial, engrase diariamente los dos primeros días. Para aplicar la grasa: 1. Siempre limpie cualquier exceso de grasa y suciedad alrededor del conector antes de engrasar. 2. Aplique 8 a 10 disparos de grasa. 3. Asegúrese que la tapa del prensaestopas esté apretada manualmente. Para cambiar los anillos de la empacadura: 1. Siga los procedimientos de apagado del cabezal de rotación en la página 15. 2. Cierre las BOP de la cabilla y válvulas de línea de flujo. 3. Purgue cualquier presión de la "T" de flujo. 4. Afloje la tapa e inspeccione la condición superficial de la barra pulida. Si la misma está desgastada en la recámara del prensaestopas, reposiciónela o reemplácela. Reemplace los anillos de la empacadura, reemplace la tapa y engrase el prensaestopas, apriete la tapa de este último a mano y abra las BOP de la cabilla, así como las válvulas de la línea de flujo. El prensaestopas tiene un buje de bronce en el cuerpo y otro en la tapa que centraliza la barra pulida. Cada vez que el cabezal sea desinstalado del pozo, estos bujes de bronce deberían ser chequeados por desgaste. Use un saca-bujes para quitarlos y volverlos a instalar. No añada anillos de empaque. Reemplace todo el juego cuando sea requerido.
No apriete excesivamente la tapa del prensaestopas – esto causará sobrecalentamiento del mismo y acelerará el desgaste de la barra pulida. Prensaestopas Convencionales con Empacadura Inyectable 1. Inspeccione el prensaestopas y asegúrese que la tapa aún esté bien ajustada. 2. Si la tapa está floja o el fluido de producción comienza a fugar, apriete la tapa del prensaestopas con la mano para reformar la empacadura inyectable respecto a la barra pulida. 3. Cuando la tapa haya tocado fondo contra el cuerpo del prensaestopas, se debe reinyectar una nueva empacadura dentro del mismo.
Procedimiento de Inyección de Empacadura: 1. Siga los procedimientos de apagado del cabezal en la página 15. 2. Saque la tapa del prensaestopas hasta que tenga cuatro roscas visibles como se ilustra abajo.
Cuatro (4) Roscas
Conector de 3/8"
3. Conecte la pistola de inyección en el conector de 3/8" en el prensaestopas. 4. Abra el purgador de aire en la parte trasera de la pistola. 5. Inyecte la empaque hasta que haya resistencia en la pistola (esto indicará que la cavidad de empaque está llena). Precaución: No llene de más el prensaestopas. Mantenga el extremo del tornillo de purga de la pistola elevado durante el uso. 6. Asegúrese que la tapa del prensaestopas está apretada suficientemente. 7. Arranque el cabezal siguiendo los procedimientos de arranque en la página 15.
Procedimiento para rellenar la Pistola de Empacadura Inyectable: 1. Abra la válvula principal de by-pass y los tornillos de purga de aire.
Tornillo de Purga de Aire
Válvula de By-Pass
2. Retire la tapa del cilindro de la empacadura.
Cilindro de Empacadura
Tapa Removible
3. Empuje la placa dentro del cilindro de empaque hacia la posición de fondo (algo de empaque aún estará dentro del cilindro). 4. Llene el cilindro con empacadura inyectable (con cuidado de que las roscas del cilindro no se llenen con el empaque). 5. Vuelva a poner la tapa en el cilindro, apretando sólo con la mano. 6. Cierre la válvula de by-pass y el tornillo de purga de aire. Nota: el tornillo de purga de aire debe estar abierto cuando se usa la pistola de inyección.
Prensaestopas Rotativos Retro-compatibles e Integrales 1. Revise el desgaste del sello semanalmente. Abra la válvula de muestreo más baja en el cuerpo del ensamble del sello. Algo de grasa puede fugar, lo cual es normal. Si sale fluido de producción excesivo, el sello inferior podría desgastarse. Cierre la válvula de muestreo y solicite servicio para reemplazar el ensamble del sello antes de que llegue a fallar el sello final. 2. Engrase el ensamble semanalmente con grasa EP de baja temperatura a base de litio. Abra la válvula de muestreo más baja y aplique grasa desde el otro lado. Purgue toda la grasa anterior. Repita el proceso en la recámara superior.
Identificación de Problemas del Cabezal MG, Dual MG, MG250 y Mini G: El cabezal se pega a la barra pulida, dificultando la remoción: 1.
Los ejes y prensaestopas están diseñados con mínimas tolerancias para diámetros internos que podrían causar que se atasquen unos a los otros si la barra pulida está rayada con marcas de llaves o si tiene algún otro daño. Siempre lime las marcas de llaves cuando manipule la barra pulida.
El tacómetro no lee la velocidad real de la barra pulida: 1. 2.
El tacómetro debería registrar velocidades de la barra pulida por encima de 35rpm. Si no se despliega ninguna lectura, podría necesitar reemplazo de batería. Reemplácela con una batería de litio de 3V (Sanyo CR14250SE). 3. El tacómetro podría no desplegar la velocidad a temperaturas operativas por debajo de -35ºC.
Fugas del prensaestopas: Prensaestopas Convencionales Las fugas de los prensaestopas se ven afectado por las siguientes condiciones: 1. Empacadura desgastada o muy apretada. 2. Bujes desgastados por desalineación. 3. El cabezal de rotación podría estar desalineado en relación con el equipo debajo. Un indicativo de esto es que la tapa no se enrosca y desenrosca con facilidad. Ajuste la posición del cabezal con brazos de soporte para minimizar las fugas o para minimizar la carga actual sobre el motor. La temperatura es también un indicador de cuánta fricción hay en el prensaestopas. 4. A veces usar un chasis más rígido o sistema de anexo reduce la severidad de los problemas del prensaestopas. Para mejores resultados, use un montaje bridado con chasis de cabezal de pozo estándar de Weatherford para servicio pesado. Prensaestopas Convencional con Empacadura Inyectable. 1. La tapa del prensaestopas está demasiado apretada. 2. Bujes o componentes desgastados por desalineación. a. El cabezal de rotación podría estar desalineado en relación con el equipo debajo. Un indicativo de esto es que la tapa no se enrosca y desenrosca con facilidad. Ajuste la posición del cabezal con brazos de soporte para minimizar las fugas o para minimizar la carga actual sobre el motor. La temperatura indica cuánta fricción hay en el prensaestopas. Prensaestopas Retro-compatible Rotativo 1. Si la tapa no gira con la barra pulida, debe ser apretada abajo. Revise las instrucciones de instalación y apriétela. 2. Si la manga interna empuja mucho hacia arriba al apretar la tapa: a. Asegúrese que no haya presión en la línea de flujo. b. Si se ven las roscas debajo de la tapa, asegúrese de que el buje reductor esté asentado de manera apropiada. Empuje la manga hacia abajo y apriete la tapa. 3. Asegúrese que la barra pulida esté limpia.
De requerir asistencia con la instalación o el mantenimiento, por favor contacte con su representante local de Weatherford.
Apéndice A: Definiciones Torque Aplicado Este es el torque aplicado sobre la parte superior de la sarta de cabillas por el cabezal en superficie. Equipo Auxiliar El equipo auxiliar es cualquier componente que pueda ser cambiado por el usuario final. Por ejemplo, poleas, correas, cubiertas de motores, controladores de motores, dispositivos limitadores de torque y dispositivos limitadores de velocidad.
Backspin El "backspin" es el proceso mediante el cual el cabezal en superficie gira en dirección contraria a su operación normal. El backspin es impulsado por la energía de desplazamiento de la sarta de cabillas y la presión diferencial del fluido a lo largo de la bomba. Tasa de Disipación La tasa de disipación se refiere a la potencia transferida a los alrededores por el sistema de frenado en forma de calor. Nivel de Fluido Dinámico El nivel de fluido dinámico es la distancia desde el cabezal del pozo hasta el tope de la columna líquida en el espacio anular entre la tubería y el casing durante la operación normal. Freno de Motor Eléctrico Los frenos del motor eléctrico controlan la potencia hacia y desde el motor primario durante el backspin para crear un efecto de frenado en el sistema. Capacidad Energética La capacidad energética de un cabezal de superficie es una medida del trabajo total que el freno puede realizar a lo largo de la duración esperada de un evento de apagado. Por ejemplo, un sistema de frenado que gestiona la energía almacenada por absorción y no disipación tiene una capacidad energética finita definida por las características termodinámicas y la temperatura operativa máxima permisible. Un freno que pueda disipar energía tan rápido como sea generada por el proceso de apagado tiene una capacidad energética infinita. Pérdidas de Flujo Las pérdidas de flujo se refieren a la fricción interna de los fluidos en movimiento y que resultan en pérdida de presión. Caso de Vaciado de Fluido El caso de vaciado de fluido describe las apagadas más normales en donde la alimentación al cabezal en
superficie es eliminada, permitiendo por lo tanto un backspin. La presión diferencial del fluido a lo largo de la bomba causa que el rotor y la sarta de cabillas giren en dirección opuesta a la normal de bombeo, permitiendo que el fluido fluya desde la tubería de producción de vuelta a través de la bomba. El backspin continua hasta que el torque resultante de la presión diferencial a lo largo de la bomba sea igual al torque de fricción en el sistema. Energía del Fluido Trabajo potencialmente hecho por la gravedad que actúa sobre el fluido en el sistema de producción. Diferencial de Fluido El diferencial de fluido es la presión resultante de la gravedad que actúa sobre una columna de fluido. El diferencial de fluido se usa para describir el diferencial de presión entre dos columnas de fluido que contribuyen a la presión diferencial total a lo largo de la bomba, la cual a su vez produce torque. Freno de Fricción Un sistema de frenado por fricción reacciona al torque aplicando una fuerza normal a una superficie deslizante, creando un arrastre. Freno Hidráulico Un sistema de frenado hidráulico reacciona al torque bombeando líquido a través de un orificio, dando como resultado una caída de presión. Momento Inercial de la Masa El momento inercial de la masa es una medida de la respuesta del equipo rotativo al torque aplicado. Bomba CP Una bomba de cavidad progresiva está compuesta por un estator y un rotor. La geometría del ensamble es tal que constituye dos o más series de cavidades espirales separadas. Cuando el rotor gira dentro del estator, las cavidades se mueven en espiral desde un extremo del estator al otro, creando una acción de bombeo de desplazamiento positivo. Cabezal de Superficie BCP El cabezal de superficie es una máquina que transfiere potencia rotacional desde el motor primario a la sarta de cabillas, transfiere carga axial desde la sarta de cabillas a una fundación en superficie y maneja la energía almacenada durante los eventos de apagado. Diferencial de Fluido Residual El diferencial de fluido residual es la condición causada por la fricción en la Bomba CP, que iguala al torque
generado por la presión de fluido a lo largo del área efectiva de la bomba, resultando en una presencia noobvia de energía en el sistema y que podría ser liberada inesperadamente. Sarta de Cabillas La sarta de cabillas es una cabilla, o serie de estas, capaz de transferir torsión desde el cabezal de superficie hasta la bomba. La sarta de cabillas típicamente reacciona a la carga axial desde la bomba hasta el cabezal en superficie. Torque Operativo Seguro El Torque Operativo Seguro es aquel torque aplicado que nunca resultará en una condición operativa insegura. Este valor será muy bajo; las aplicaciones específicas permitirán la asignación de un torque operativo menos conservador. Energía de Tensión La energía de tensión es el trabajo potencialmente hecho por la deformación torsional elástica de la sarta de cabillas. La energía de tensión es típicamente de menor magnitud que la energía del fluido, pero puede ser liberada más rápidamente, imponiendo así diferentes requerimientos sobre el sistema de frenado. Caso de Bomba Atascada El caso de bomba atascada describe un extremo de las posibles condiciones en el apagado. Los rotores de las
BCP a veces se atascan en el estator y efectivamente se trancan entre los dos. El tope de la sarta de cabillas continua girando mientras la parte inferior se detiene, causando que la sarta de cabillas se enrolle cada vez más como un resorte torsional causando un aumento del torque. Cuando se elimina el torque del cabezal, ocurre un backspin. Rodamiento de Empuje Dispositivo típicamente contenido en el cabezal de superficie y que reacciona a la carga axial de la sarta de cabillas al tiempo que le permite rotar. Dispositivo Limitador de Torque Un dispositivo limitador de torque evita que el sistema aplique una torsión mayor que el valor prescrito a la sarta de cabillas. Los tiempos lentos de reacción y la dependencia de la temperatura ambiental hace a los 'calentadores' en el sistema de alimentación eléctrica inaceptables como dispositivos de limitación de torque. Los dispositivos aceptables aplicarán un torque no mayor al 110% del punto de ajuste del limitador de torque durante un evento de bomba atascada. Presión Dinámica de Tubería/Casing Las presiones dinámicas de la tubería y del casing son medidas en el cabezal del pozo y contribuyen a la presión diferencial total a lo largo de la BCP.
Apéndice B: Consideraciones de Diseño del Cabezal de Rotación* Al adquirir una unidad de bombeo CP, las consideraciones de diseño juegan un papel importante en las operaciones seguras de la unidad. El diseñador de la aplicación debe establecer la carga máxima en superficie y asegurar que el equipo que está siendo adquirido operará dentro de su límite máximo. La carga o trabajo ejecutado por un sistema de bombeo CP está primariamente determinado por lo siguiente: • • • •
Presión de succión de la bomba Presión de descarga de la bomba Fricción entre la sarta de cabillas y la tubería Fricción interna de la bomba
Varios otros factores influyen sobre estos parámetros y usualmente cambian a lo largo de la vida útil de un pozo petrolero. Otros factores podrían incluir: • •
• • •
Contaminantes de fluido Propiedades de presión, volumen y temperatura del medio de producción, características del reservorio, aspereza de la tubería Fatiga de la pared lateral como resultado de contacto con el tubing/cabillas Fluctuaciones de la presión de la tubería y el casing Ajuste de interferencia de la bomba entre rotor/estator
Existen herramientas de software para ayudar a determinar estos factores. Los cálculos deben ser hechos antes de comprar una unidad. Al predecir los límites de carga, un factor de seguridad de al menos un 10% debería ser considerado para tener en cuenta el error asociado con la confiabilidad de las presunciones o precisión de las correlaciones matemáticas. Las cargas operativas podrían cambiar a través del ciclo operativo útil. Después del arranque inicial, las cargas operativas efectivas deberían ser confirmadas para verificar las expectativas de diseño. Si la carga del sistema excede la de diseño, cambios a los parámetros operativos o equipos serán necesarios.
Los dispositivos de control que protegen al sistema no supervisado y proveen indicaciones al operador de las condiciones del equipo son igualmente importantes. Los sistemas de cabezales BCP podrían incluir instrumentación para monitorear y controlar lo siguiente: temperatura de mecanismo de frenado, velocidad de backspin, torque operativo y niveles de fluido hidráulico. 1. Los siguientes ítems son las mejores prácticas recomendadas para reducir riesgos cuando se trabaja alrededor de equipos de bombeo BCP. El personal de producción debería considerar: Todas las nuevas instalaciones requieren que sea llenada una hoja de datos de entrada de diseño, asegurando que una persona calificada dentro de la compañía productora haya revisado el diseño de la unidad que está siendo instalada. Se debería mantener un archivo para cada sistema de bombeo BCP en el campo. El archivo debería incluir la siguiente información: a) Especificaciones del Equipo Las especificaciones del equipo deberían incluir los máximos permisibles: velocidad de avance, velocidad de backspin, temperatura de fluido en cabezal de rotación, niveles de fluido hidráulico, presiones, temperatura del mecanismo de frenado, caballaje/torque, carga de empuje y velocidad del ventilador del motor. También debería incluir el factor de potencia y la eficiencia del motor, voltios/amperios de placa y velocidad del motor. b) Información de Polea y Correa Dimensiones de la polea, tipos y tamaños de la correa, RPM máximas nominales de la polea. c) Data de Dimensionado Caballaje operativo normal en el motor, requerimientos de caballaje de arranque y torque, torques operativos normales y velocidad operativa, volúmenes de producción, presión fluyente en fondo de pozo, presión estática del reservorio, presión máxima dinámica de la tubería y carga de empuje. d) Mediciones de Puesta en Marcha
Valores de arranque a velocidades de diseño, tales como: voltios/amperios de arranque, voltios/amperios de corrida, caballaje y torque calculados de arranque y corrida, RPM de avance y backspin, nivel del fluido hidráulico, temperatura del mecanismo de frenado, volúmenes de producción, data de nivel del fluido anular y cantidad de saliente de la barra pulida. e) Puntos de Ajuste de Límite – Dispositivos de Control (de ser aplicables) Ajustes de apagado para lo siguiente: niveles de fluido hidráulico en cabezal de rotación, temperatura máxima de frenado, velocidad de backspin, velocidad avance, torque de corrida, torque de arranque y torque bajo de apagado. f) Cambios de Equipo/Operativos Una lista de cualquier cambio a parámetros operativos o equipos. Después que los cambios sean hechos, el operador debe asegurar que el sistema está aún operando dentro de los parámetros de diseño. 2. El operador debe asegurar que el equipo esté operando de acuerdo a su diseño después de cada acondicionamiento (workover) del pozo.
3. El operador de producción debería revisar las predicciones de diseño para asegurar que el equipo operará dentro de los parámetros calculados. 4. El operador debe estar familiarizado con los límites de apagado del equipo. El mismo se puede referir al manual del operador para dichos valores de límite máximo. 5. Las cargas efectivas deberían ser chequeadas al menos cada seis meses para asegurar que las cargas operativas caigan dentro de los parámetros de diseño. 6. Para ensambles de cabezales en ángulo recto, el ensamble en cuestión debería ser instalado perpendicular al panel de control para asegurar que en caso de una falla de la polea, los fragmentos sean desviados lejos del personal que se encuentre en el panel de control. También se deben tomar precauciones en la colocación de otros equipos en la locación, para asegurar que una falla de polea no afecte adversamente a otros dispositivos o personal.
*reimpreso a partir de la Guía de Alerta de Seguridad de la Asociación Canadiense de Productores Petroleros (CAPP)
Apéndice C: Relaciones Torque/Caballaje/Velocidad Esta tabla puede ser usada en cualquier tipo de cabezal – motor eléctrico, hidráulico o neumático, actuador rotativo, etc., para encontrar tanto la velocidad como el torque y el caballaje del cabezal si los otros dos valores son conocidos. La tabla es una solución tabular a las fórmulas básicas: Para encontrar los HP, use la fórmula: Para encontrar el Torque, use la fórmula: Para encontrar la Velocidad, use la fórmula:
HP = (T x RPM) / 5252 Torque = (HP x 5252) / RPM RPM = (HP x 5252) / T
En todas las fórmulas, el torque se encuentra en pies-libras. Las cifras en la tabla son valores de torque en pies-libras.
Apéndice D: Conversiones de Unidades y Equivalentes
Apéndice E: Reglas Generales 1. Motores de Gas Consumo de Combustible: Combustible
Valor Térmico
Consumo de Combustible*
Propano Líquido
96.400 BTU/USG
2,5 USG por hp/día
Gas Etano
1.730 BTU/pies3
140 pies3 por hp/día
Gas Metano
962 BTU/pies3
250 pies3 por hp/día
* asume 10.000 BTU por hp/hora @ 25% de eficiencia
Reducción del Caballaje: Altitud: 3% por 300m por sobre los 150m (3% por 1000 pies por sobre los 500 pies) Temperatura: 2% por 5ºC sobre 30ºC (2% por 10ºF sobre 85ºF)
2. Motor Eléctrico Consumo de Energía: 2.4 Amperios por hp por 230 V (asumiendo corriente trifásica de sesenta ciclos) 1.2 Amperios por hp por 460 V (asumiendo corriente trifásica de sesenta ciclos)
3. Depresión de Nivel de Fluido 0.7 m (2.3 pies) por PSI de presión anular
4. Densidad del Agua Fresca 1000 kg/m3 = 62.43 lbs/pies3 = 9.80kPa/m = 0.434 psi/pies
Apéndice F: Fórmulas Útiles 1. Tasa de Fluido
Q=
Donde:
VNη volumetric 100 3
Donde: Q = Tasa de Fluido (m /D) 3 V = Desplazamiento de la Bomba (m /D/100RPM) N = Velocidad Rotacional de la Bomba (RPM) ηvolumétrica = Eficiencia Volumétrica de la Bomba (%)
VP T = net + Tfriction 124.6 Donde: T = Torque de la Bomba (pies-lbs) 3 V = Desplazamiento de la Bomba (m /D/100RPM) Pnet = Levantamiento Neto (m de altura) Tfriction = Fricción de la Bomba (pies-lbs)
3. Levantamiento Neto
Pnet
=
+ Ptbgliquid + Ptbglosses ) − (Pchp + Pcsggas + Pcsgliquid )
9.81
Donde: Pnet = Levantamiento Neto (m de Altura) Pthp = Presión Dinámica de la Tubería (kPa) Pbgliquid = Presión de Columna Líquida en Tubería (kPa) Ptbglosses = Pérdidas de Fluido en Tubería (kPa) Pcp = Presión Diferencial de Casing (kPa) Pcsggas = Presión de Columna de Gas en Casing (kPa) Pcsgliquid = Presión de Columna de Líquidos en Casing (kPa)
4. Potencia (Eléctrica)
P=
Iline Vη p 431.2
Donde: P = Potencia (hp) Iline = Corriente de Línea (amperes) V = Voltaje Línea a Línea (V) η = Eficiencia del Motor (%) p = Factor de Potencia del Motor
6. Longitud de la Correa
L = 2C +
5. Densidad del Fluido (basado en Gravedad API)
141.5 × 1000 API + 131.5
π (D + d)
2
(D − d) 2 + 4C
7. Velocidad de Rin de Polea
V=
π DN
12
Donde: V = Velocidad de Rin de Polea (pies/min) D = Diámetro de Polea (pulg.) N = Velocidad Rotacional de Polea (RPM)
8. Velocidad de Barra Pulida RPM de Barra Pulida =
RPM Polea del Motor × Diámetro Polea Motor Diámetro Polea Cabezal de Rotación Relación Motriz RPM de Barra Pulida =
Tasa de Producción (m 3 /d) Desplazamiento de la bomba (m 3 /d/RPM) 9. Viscosidad µ =
γρ
1000
Donde:
ρ =
Densidad del Fluido (kg/m ) API = Gravedad API
Donde: L = Longitud de la Correa (pulg.) C = Distancia del Centro (pulg.) D = Diámetro de Paso de Polea (Grande) Impulsada (pulg.) d = Diámetro de Paso de Polea (Pequeña) Impulsora (pulg.)
2. Torque de la Bomba
(Pthp
3
ρ =
µ =
Viscosidad Dinámica (centipoise) Viscosidad Cinemática (centistokes) 3 ρ = Densidad del Fluido (kg/m ) γ =
Apéndice G: Especificaciones de Motor Primario Motores Eléctricos (60Hz TEFC)
Motores a Gas (Todos los caballajes nominales son continuos, basados en una elevación de 2000 pies con combustible de propano)
Apéndice H: Especificaciones de Cabilla "Sucker Rod" Cabilla Weatherford
Cabilla Norris
* Disponible en conexiones de pin de 1" ó 7/8" ** Disponible en conexiones de pin de 1", 1-1/8" ó 1-1/4"; la cabilla 1-1/4" es una cabilla no-API específicamente diseñada para aplicaciones de torsión. Nota: el Torque Recomendado Máximo nominal permanecerá igual sin importar la conexión del pin. Todos los valores están basados en nuevas cabillas, acoples y condiciones operativas ideales. Es recomendable usar una cabilla de mayor diámetro para aumentar el torque permitido, en vez de usar el siguiente grado mayor. Es recomendable usar un factor de seguridad de 0.8 para maximizar la vida útil de fatiga de la cabilla. Los valores se basan en resultados de pruebas reales.
Torque Máximo Permitido de Barra Pulida Norris – pies-lbs
Especificaciones sujetas a cambio sin previo aviso.
Apéndice I: Gráficas de Viscosidad Viscosidad Dinámica como función de la Temperatura y Grado del Aceite
Viscosidad Cinemática como función de la Temperatura y Grado del Aceite
Viscosidad Cinemática como función de la Temperatura y del Crudo
