3.1 DINAMÓMETROS
Los dinamómetros instrumentos para medir fuerza.
son una
En la in ind dus ustr tria ia pe petr tro ole lera ra se ha han n empleado por más de 80 años para medir las fuerzas en la barra pulida. Fig. 3.1 Dinamómetro
3.1 DINAMÓMETROS
Los dinamómetros instrumentos para medir fuerza.
son una
En la in ind dus ustr tria ia pe petr tro ole lera ra se ha han n empleado por más de 80 años para medir las fuerzas en la barra pulida. Fig. 3.1 Dinamómetro
Se puede decir también que los dinamómetros
son so n dis isp pos osit itiv ivo os me meccán ánic ico os o elé lécctr tric ico os, que reg egis istr tran an en for orma ma co con nti tinu nua a la ca carrga de dell po pozzo
impuesta en la barra pulida con respecto a la posición de esta última.
3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS DINAMÓMETROS
a) Desde el punto de vista de su fabricación
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•
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Dinamómetros electrónicos Dinamómetros hidráulicos Dinamómetros mecánicos
Dinamómetros electrónicos Consiste en un medidor electrónico de cargas y de un medidor de desplazamiento, los cuales están conectados a dos canales de un amplificador electrónico que registra las cargas o desplazamiento en una carta durante todo un ciclo de bombeo. Los datos obtenidos son sometidos a un estudio matemático con computadora electrónica, que permite calcular las verdaderas condiciones en el
Dinamómetros electrónicos
Fig. 3.2 Dinamómetro eléctrico
Dinamómetros hidráulicos Es un aparato que mide las cargas sobre el vástago pulido (varilla) con presión hidráulica y puede ser instalado rápidamente en cada pozo sin necesidad de detener su marcha, de manera tal que la bomba de profundidad no provoque alteraciones en las condiciones de trabajo.
Fig. 3.3 Dinamómetro hidráulico
Este dinamómetro es un registro de cargas y posiciones.
Dinamómetros mecánicos Es un instrumento que registra la deflexión de un anillo de acero, debido a las cargas en la varilla pulida. La deflexión del anillo es proporcional a la carga, la cual se registra en un tambor por medio de una plumilla que construye un gráfico sobre papel (dinagrama o carta dinamométrica). El más comúnmente usado es el dinamómetro Johnson-Fagg.
Este tipo de dinamómetro, mide el efecto de contrabalance en el vástago pulido, indica cuando la válvula viajera abre durante la carrera descendente, da una indicación del peso del fluido, la estabilidad de operación de bombeo registrado, así como también las cargas innecesarias que son las causa de numerosas
Fig. 3.4 Dinamómetro mecánico
b) Desde el punto de vista de su tecnología Los mas usados: •
•
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Analógicos compactos (Johnson Fagg y Leuter) (Echometer) Digitales modulares Digitales compactos (Dyno T1)
3.3 CARTAS DINAMOMÉTRICAS El dinamómetro registra un diagrama de cargas (carta dinamométrica o dinagrama) en el vástago pulido, así como de su recorrido, ya que no se trata de un movimiento uniforme. Los caminos recorridos por el vástago pulido en la unidad de tiempo son distintos, así, en el punto muerto superior e inferior, la velocidad es igual a cero, siendo la máxima en la mitad de la carrera.
El dinamómetro no solo mide las cargas estáticas, sino también, los esfuerzos dinámicos que pueden
Tipos de cartas dinamométricas a) Carta dinamométrica de superficie: Representa la medición de las cargas en las varillas de bombeo en distintas posiciones a lo largo de un ciclo completo de bombeo. Las cargas generalmente son representadas en Libras y el desplazamiento en pulgadas.
a) Carta dinamométrica de la bomba (fondo) : Representa las cargas calculadas en distintas posiciones de la bomba a lo largo de un ciclo de bombeo y representa las cargas que la bomba aplica sobre la parte inferior de la sarta de varillas de bombeo.
No es suficiente la interpretación de una carta en superficie para diagnosticar problemas en la bomba.
3.4 INTERPRETACIÓN DE LAS CARTAS DINAMOMÉTRICAS Consideraciones para un sistema ideal:
a) el pozo es bombeado lentamente, b) no existen esfuerzos de vibraciones ni de fricción, c) al comienzo de la carrera ascendente, la válvula de pie se abre y la válvula viajera se cierra instantáneamente,
s b l , a g r a C
B
C
A
D
Desplazamiento, plg
Fig. 3.5 Carta dinamométrica Ideal
d) al comienzo de la carrera descendente, la válvula de pie se cierra y la válvula viajera se abre instantáneamente, e) la longitud de las varillas no varían debido a la
s b l , a g r a C
B
A
C
D
Eje vertical: carga en el vástago pulido Eje horizontal: longitud de la carrera (deflexión)
Desplazamiento, plg
Fig. 3.5 Carta dinamométrica Ideal
AB:
Carrera ascendente, la carga en el vástago pulido es debida a la carga del fluido más el peso de las varillas en el fluido
BC:
Final de la carrera ascendente, la carga es transferida inmediatamente a la válvula pie Carrera descendente, la carga en el vástago pulido se debe solo al peso de las varillas en el fluido
CD:
Análisis de las cargas en un ciclo de bombeo típico: b l , a g Válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente
4 2 1
5
3
7
6
Desplazamiento, plg
carrera descendente
Fig. 3.6 Ciclo de Bombeo En el punto 1 el vástago pulido ha terminado la carrera
ascendente, en ese momento la válvula viajera cierra y el vástago
b l , a g válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente estiramiento de las varillas
varillas y fluidos carga máxima son levantados 4
2 1
5
3
7
Desplazamiento, plg
6
carrera descendente
Desde el punto 2 las varillas sufren una elongación debido a las cargas del fluido, registrándose un decremento de las cargas (2-3). Como las varillas se desplazan hacia arriba, se incrementa la
b l , a g válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente estiramiento de las varillas
varillas y fluidos carga máxima balancín son levantados 4 desacelerando
2 1
5
3
7
Desplazamiento, plg
vástago pulido arriba
6
carrera descendente
El vástago pulido desacelera, obteniéndose un decremento de la carga en el vástago (4-5). En el punto (5) la carrera ascendente ha finalizado.
b l , a g válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente estiramiento de las varillas
varillas y fluidos carga máxima balancín son levantados 4 desacelerando
2 1
5
3
7
Desplazamiento, plg
6
vástago pulido arriba válvula de pie tomando sobrecarga
carrera descendente
Entre los puntos (5) y (6), las varillas comienzan a ascender, por lo que hay un inmediato descenso de la carga debido a que existe una transferencia dela la carga del fluido a la tubería de producción, lo que significa que la válvula viajera se abrió al
b l , a g válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente estiramiento de las varillas
varillas y fluidos carga máxima balancín son levantados 4 desacelerando
2 1
Balancín desacelerando
5
3
6
7 carga mínima
Desplazamiento, plg
vástago pulido arriba válvula de pie tomando sobrecarga válvula de pie tomando toda la carga carrera descendente
En el punto (6), la válvula de pie ha tomado toda la carga del fluido y hay un marcado decremento de la carga en el vástago pulido. El punto (7) representa la carga mínima.
b l , a g válvula viajera r a c cerrando e d o t vástago pulido n e abajo m e r c n I
carrera ascendente estiramiento de las varillas
varillas y fluidos carga máxima balancín son levantados 4 desacelerando
2 1
Balancín desacelerando
5
3
TV SV
CB
7 carga mínima
6
vástago pulido arriba válvula de pie tomando sobrecarga válvula de pie tomando toda la carga
Desplazamiento, plg
carrera decendente
La línea TV representa la carga en la válvula viajera. La línea SV representa la carga en la válvula de pie. La línea CB demuestra que la instalación se encuentra
3.5 PROBLEMAS TÍPICOS EN CARTAS DINAMOMÉTRICAS En un bombeo ideal, la carta será del tipo rectangular, significa que no representa defectos en las válvulas o interferencia de gas, representando un buen llenado de la bomba. En un bombeo sin problemas, la carta será de tipo rectangular regular con leve inclinación hacia la derecha. Entre los problemas típicos que se pueden detectar se tiene:
a) Bomba desasentada Este tipo de carta muestra solo el peso de las varillas en el fluido. La causa es que la bomba se ha salido de la zapata de anclaje, FIG. 3.7.
En la FIG. 3.8 se muestra la misma bomba después de asentar la bomba y cuando ha recuperado se posición de bombeo.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.7 Bomba desasentada (fuera de la zapata de anclaje)
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg
b) Bomba bloqueada por gas La interferencia de gas influye en la disminución de la eficiencia volumétrica de la bomba de subsuelo. La base del problema es el exceso de gas en la cámara de la bomba, porque no permite la apertura de ambas válvulas. La carta se presenta como una elipse semejante a la carta de una bomba desasentada. La base del diagnóstico en este caso es la relación gas-petróleo del pozo, FIG. 3.9. Este problema puede corregirse
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.9 Bomba bloqueada por gas
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.10 Después de instalar
c) Varillas sueltas o partidas La característica principal de esta carta es la presentación de un espesor mínimo (FIG. 3.11), en este caso solo se estará midiendo el peso de las varillas en el fluido.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.11 Varillas sueltas
d) Golpe de fluido Este tipo de carta se puede identificar por una disminución de carga en la embolada descendente, en un tiempo muy corto. Este efecto puede causar fatiga prematura en las varillas, daños en los equipos de superficie bomba y tubería de
Se debe al choque del pistón contra el fluido de la bomba durante la carrera descendente, el cual es registrado inmediatamente junto con la disminución de carga sobre el vástago.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.12 Golpe de fluido
Esta situación se debe a un llenado parcial de la bomba durante la carrera ascendente, dando como resultado la baja productividad del pozo o de una entrega restringida en la bomba. La corrección de este problema generalmente se basa en la disminución de la embolada, de la velocidad de bombeo, del diámetro de la bomba de subsuelo o con controladores de
e) Compresión de gas En este caso se presenta la carta con una declinación suave en la embolada descendente. Este problema se origina por la liberación de gas dentro de la cámara de la bomba; su efecto es la embolada efectiva en la bomba, FIG. 3.13.
f) Bomba arenada La forma típica de esta carta es el incremento progresivo de cargas (FIG. 3.14). Este efecto se genera como resultado de la deposición de arena en la bomba del sistema pistón-barril, creando
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.13 Compresión de gas
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.14 Boba arenada
g) Fuga de la válvula viajera En casos como estos, se puede identificar la falla en la válvula viajera por que la transferencia de carga de la tubería a las varillas no se produce al principio de la embolada ascendente del pistón, FIG 3.15.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.15 Fuga de la válvula viajera/pistón
A fin de determinar este problema, la unidad de bombeo se frena a los ¾ de la carrera ascendente y el cordón del dinamómetro es movido intermitentemente una vez por segundo. La línea registrada presenta el peso de las varillas más el peso del fluido sobre el pistón.
h) Válvula fija dañada Cuando la válvula fija presenta daño al final de la carrera ascendente, se abre la válvula viajera y la transferencia de carga de la tubería a las varillas se presenta en forma progresiva, FIG. 3.16.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.16 Válvula fija dañada
Al pasar las varillas cerca del final de la carrera descendente, la válvula viajera se encuentra abierta y la de pie cerrada. El cordón del dinamómetro se lo jala rápidamente a intervalos de un segundo y se registra una línea que representa el peso muerto de las varillas en el fluido.
Si la válvula de pie está operando satisfactoriamente, la línea registrada estará en el mismo plano vertical, pero, en el caso
i) Golpe de pistón al final del ascenso El detalle de este espaciamiento defectuoso se nota por un incremento de la carga al final de la carrera ascendente, FIG. 3.17.
j) Pozo agitado Si el pozo produce en forma agitada, las válvulas quedan abiertas en ambas emboladas ya que la presión de fondo fluyente mantiene las válvulas fuera de
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.17 Golpe de bomba al final de la carrera ascendente
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.18 Pozo agitado
k) Pozo fluyendo La característica resaltante es que el pozo fluye tanto por la tubería como por el espacio anular. Esto puede presentarse en pozos sometidos a inyección de vapor, donde el anular está conectado a la línea de flujo, FIG. 3.19.
s b l 0 0 0 1 , a g r a C
Posición, plg Fig. 3.19 Pozo fluyendo (flumping)
3.6 SOFTWARE PARA LA INTERPRETACIÓN DE CARTAS DINAMOMÉTRICAS Existen una variedad de programas que permiten el registro e interpretación de las cartas dinamométricas, facilitando el ajuste en los diferentes componentes del sistema de bombeo mecánico. Entre estos se tiene al software DYNOSTAR, el cual se presenta como un ejemplo a continuación:
