INTERPRETACION DE LAS CARTAS DINAMOMETRICAS EXISTENTES EN EL BOMBEO MECANICO 1. INTRODUCCION En el presente trabajo de investigación se dará a conocer uso apropiado de las técnicas y la interpretación correcta de las cartas tomadas, son de suma importancia para el ingeniero de producción cuando se trata de aumentar la rentabilidad del sistema de bombeo
La interpretación de la Carta Dinamométrica sólo es sencilla cuando se trata de pozos de poca profundidad y que se encuentran en un bajo régimen de bombeo que no es lo que con mayor frecuencia se puede encontrar en la actualidad. 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 pero existen otros tipos de problemas que se presenta en una carta dinamométrica como: – – – – – – – – – – –
Bomba desasentada Bomba bloqueada por gas Varillas sueltas o partidas Golpe de fluido Compresión de gas Bomba arenada Fuga de valvula viajera Valvula fija dañada Golpe del piston al final del ascenso Pozo agitado Pozo fluyente
2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General:
Dar a conocer de forma sencilla la interpretación de la carta dinamométrica en bombeo mecánico 2.2 Objetivos Específicos: Realizar un breve análisis de los diferentes problemas que se interpreta en la carta dinamométrica. Conocer los problemas que hay en el pozo interpretadas en las cartas dinamométricas del bombeo mecánico
3. DESARROLLO 3.1. DINAMOMETRO Los dinamómetros son instrumentos para medir una fuerza. En la industria petrolera se han empleado por más de 80 años para medir las fuerzas en la barra pulida. Se puede decir que también que los dinamómetros son dispositivos mecánicos o eléctricos, que registran en forma continúa la carga del pozo impuesta en la barra pulida con respecto a la posición de esta última. 3.2. CARTAS DINAMOMETRICAS 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 aparecer en el ciclo de bombeo. Los usos más importantes del análisis de las cartas dinamométricas son: Determinación de las cargas que se producen en la estructura de la unidad de bombeo y en la sarta de varillas.
La carga por torsión en el reductor de velocidad y sobre el motor primario puede ser calculado. Por medio de la carta dinamométrica, se puede calcular la potencia necesaria para accionar la unidad de bombeo. Después de que el efecto de contrapeso se calcula, el grado de contrabalanceo de la unidad puede ser determinada. La condición y posibles fallas de operación de la bomba y de las válvulas se puede determinar. 3.3. INTERPRETACION DE LAS CARTAS DINAMOMETRICAS 3.3.1. CONSIDERACIONES PARA UN SISTEMA IDEAL: – – –
El pozo es bombeado lentamente No existe vibraciones ni de fricción Al comienzo de la carrera ascendente, la
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válvula viajera se cierra instantáneamente. Al comienzo de la carrera descendente, la válvula de pie se cierra y la válvula viajera se
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abre instantáneamente La longitud de las varillas no varían debido a la transferencia de carga del fluido.
AB: carrera ascendente, la carga en el vástago pulido es debido a la carga del fluido mas el peso de las varillas en el fluido. BC: final de la carrera ascendente, la carga es transferida inmediatamente a la válvula pie. CD: carrera descendente, la carga en el vástago pulido se debe solo al peso de las varillas en el fluido. DA: final de la carrera descendente, la carga es transferida inmediatamente a la válvula viajera.
3.3.2 BOMBA DESASENTADA Este tipo de carta muestra solo el peso de las varillas en el fluido. La causa de la bomba se ha salido de la zapata de anclaje.
3.3.3 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 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 diagnostico en este caso es la relación gas-petróleo del pozo. Este problema se puede corregir empleando un ancla de gas como aparece.
3.3.4 VARRILLA SUELTA O PARTIDA La
característica
principal
de
esta
carta
es
la
presentación de un espesor mínimo, en este caso solo se estará midiendo el peso de las varillas en el fluido.
3.3.5 GOLPE DE FLUIDO
Este tipo de carta se puede identificar por una disminución de carga en la embolada descendente, en un tiempo muy corto. La carta muestra lo que sucede en la bomba cuando el pozo se achica y existe golpe de fluido, en el punto A el pistón comienza a subir. La válvula viajera cierra, y la válvula fija abre. Desde A hasta B, el fluido está entrando en el barril y el pistón soporta toda la carga del fluido. Sin embargo, debido a que no hay suficiente fluido para llenar el barril de la bomba, al final de la carrera ascendente la bomba está parcialmente llena con fluido y parcialmente llena con gas a baja presión. Al iniciar la carrera descendente, al no haber fluido para abrir la válvula viajera, permaneció cerrada. La carga en el pistón permanece alta (excepto por una pequeña caída debido a la fricción cabilla-tubería), hasta que el pistón golpea el fluido en el punto D. En este instante, la válvula viajera abre y el fluido se transfiere rápidamente del pistón a la tubería. Debido a que en este punto el pistón está viajando cerca de su máxima velocidad, el pistón, el barril de la bomba y las cabillas están sujetos a un fuerte impacto como se ve en la figura Este impacto del pistón sobre el fluido a alta velocidad es la causa de muchos problemas asociados a golpe de fluido. Este efecto puede causar fatiga prematura en las varillas, daños en los equipos de superficie, bomba y tubería de producción. se debe al choque del pistón contra el fluido de las bombas durante la carrera descendente, el cual es registrado inmediatamente junto con la disminución de carga sobre el vástago.
3.3.6 COMPRESION DE GAS En este caso se presenta la carta con una inclinación suave en la embolada descendente. Este problema se origina por la liberación de gas dentro de la cámara bomba; su efecto es la embolada efectiva en la bomba. A continuación una explicación detallada de cómo la carga en el pistón cambia durante la carrera ascendente y la descendente: 1. En el punto A, el pistón comienza a subir. Sin embargo, antes que la válvula fija pueda abrir, la presión en el barril de la bomba debe ser menor que la entrada de presión a la bomba. El pistón se mueve de A hasta B antes que la presión en el barril caiga lo suficiente para recoger completamente la carga del fluido y abra la válvula fija. Desde A hasta B el pistón está expandiendo el gas en la bomba. Si no hubiere gas en el barril de la bomba, la presión caería muy rápido y la válvula fija abriría tan pronto el pistón comience a subir. Pero, debido al gas libre en la bomba, una parte significativa de la embolada se desperdicia expandiendo gas en lugar de producir más líquido. Espaciando el pistón más cerca del fondo de la bomba se podría minimizar ésta perdida de recorrido debido a la expansión de gas.
2. En el punto B, la carga del fluido es soportada completamente por el pistón, la válvula fija está abierta, y el fluido está entrando en el barril de la bomba. Esto continúa durante el resto del recorrido hasta el punto C. 3. En el punto C, el pistón de la bomba ha alcanzado el tope de su recorrido y se acerca a una parada momentánea antes de empezar a descender. 4. En el punto D, el pistón se está moviendo hacia abajo. La válvula viajera está cerrada ya quela presión sobre ella es mayor que la presión debajo. Debido a que la presión del barril está aumentando, la carga en las cabillas está bajando. 5. En el punto E, el pistón ha bajado más y ha comprimido la mezcla de gas y líquido en la bomba a una presión aún mayor. Esto reduce aun más la carga de las cabillas. Ya que la presión en este punto sigue siendo menor que la presión sobre el pistón, la válvula viajera continúa cerrada. 6. En el punto F, el pistón ha bajado lo suficiente para comprimir el fluido en el barril a una presión mayor que la que está sobre el pistón. En este instante la válvula viajera abre y el fluido en el barril de la bomba es transferido a la tubería. La válvula viajera permanece abierta durante el resto de la carrera descendente. Durante la carrera ascendente, el pistón tubo que moverse desde A hasta B antes que la válvula fija abriera. El recorrido de A hasta B no produjo fluido alguno. Similarmente, en la carrera descendente el pistón tubo que moverse desde C hasta F antes quela válvula viajera abriera. De nuevo, esta parte del recorrido no produjo fluido. En consecuencia, el recorrido neto aquí es desde B hasta F como se ve en la figura 108 ya que es la única parte del ciclo de bombeo donde se produce fluido. Note que debido a la interferencia del gas, el recorrido neto (de B a F) es pequeño comparado con el recorrido total (de A a C). Esto explica por qué la eficiencia del sistema es baja con interferencia por gas.
3.3.7 BOMBA ARENADA La forma típica de esta carta es el incremento progresivo descargas. Este efecto se genera como resultado de la deposición de arena en la bomba del sistema pistón-barril, creando una fricción y estiramiento de varillas.
3.3.8 FUGA DE VALVULA VIAJERA En casos como estos, se puede identificar la falla en la válvula viajera porque la transferencia de carga de la tubería a las varillas no se produce al principio de la embolada ascendente del pistón.
Una fuga por la válvula viajera o por el pistón son problemas muy comunes. La figura ayuda a explicar la forma de una carta dinagráfica de fondo que corresponde a una válvula viajera o un pistón con fuga. La principal característica de la forma de esta carta dinagráfica es lo redondeado en la mitad superior de la carta. Esto sucede porque la válvula viajera o el pistón no pueden tomar completamente la carga del fluido como sucede en una carta de bomba llena. Al iniciar el pistón su carrera ascendente, toma lentamente la carga del fluido. Pero, debido a que el fluido se está fugando hacia el barril de la bomba, la presión en el barril de la bomba no cae lo suficientemente rápido para que el pistón recoja la carga completa del fluido. Dependiendo de la severidad de la fuga, el pistón podrá o no recoger completamente la carga del fluido. La carga máxima de fluido en el pistón ocurre aproximadamente a la mitad de la carrera donde el pistón viaja a su máxima velocidad. Sin embargo, después de este punto, al bajar la velocidad del pistón, la fuga de fluido provoca una pérdida de carga en el pistón. El paso del fluido del pistón hacia el barril, hace aumentar la presión dentro del barril de la bomba. Esto se traduce en menos y menos carga de fluido sobre el pistón a medida que su velocidad se reduce hacia el final de su recorrido. En la carrera descendente, cuando la válvula viajera abre y la carga de fluido es transferida a la tubería, la fuga en la válvula viajera o el pistón no tiene efecto alguno. Por tanto, la carga del fluido durante la carrera descendente permanece constante e iguala la fuerza de flotación en el fondo de la sarta de cabillas.
3.3.9 VALVULA 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. A, la válvula viajera cierra y el pistón recoge la carga del fluido. Simultáneamente la válvula fija abre permitiendo que el fluido entre en el barril de la bomba. Hasta este punto, la fuga en la válvula fija no tiene efecto sobre la carga en el pistón. Al iniciar la bomba su carrera descendente la válvula fija gastada tiene un impacto significativo sobre la carga del pistón y de allí la forma de la carta. Si la válvula fija está en buenas condiciones, al iniciar el pistón su viaje descendente comprime el fluido en el barril de la bomba. Esto hace que la presión en el barril de la bomba aumente rápidamente a una presión mayor que la presente sobre el pistón. Esto abre la válvula viajera y transfiere la carga del fluido de las cabillas a la tubería. Sin embargo, debido al desgaste de la válvula fija, la presión en el barril de la bomba no puede aumentar con suficiente rapidez ya que el fluido se está fugando a través de la válvula fija. Entonces, para quela presión en el barril de la bomba aumente con suficiente velocidad para liberar por completo la carga del fluido del pistón a la tubería, el pistón debe moverse rápido para sobreponerse a la fuga. Dependiendo de la severidad de la fuga puede no ser posible liberar completamente la carga del fluido. La carga mínima de fluido sobre el pistón durante la carrera descendente ocurre aproximadamente a la mitad de la carrera cuando el pistón tiene su máxima velocidad. Después de este punto. Mientras el pistón desacelera, la fuga de fluido provoca aumento descarga en el pistón. Al pasar el fluido por la válvula fija disminuye la presión dentro del barril de la bomba. Esto resulta en un aumento cada vez mayor de la carga de fluido sobre el pistón mientras su velocidad disminuye hacia el final de la carrera descendente.
3.3.10 GOLPE DE PISTON AL FINAL DEL ASCENSO El detalle de este espaciamiento defectuoso se nota por un incremento de la carga al final de la carrera ascendente.
3.3.11 POZO AGITADO Si el pozo produce en forma agitada, las válvulas quedan abiertas en ambas emboladas ya que la presión de fondo fluyen teman tiene las válvulas fuera de sus asientos.
4. CONCLUSIONES De acuerdo al trabajo de investigación se llego a las siguientes conclusiones: La carta dinamométrica son las cargas se registran en función del desplazamiento de la varilla o el tiempo de bombeo, durante uno o más ciclos de bombeo. En un bombeo sin problemas, la carta será de tipo rectangular regular con leve inclinación hacia la derecha. Las cartas dinamométricas describen lo que sucede durante la carrera completa (upstroke y downstroke).
BIBLIOGRAFIA http://es.slideshare.net/adalbertomorquechorobles/dinamometria-y-cartasdinamometricas https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/4357/1/6877.pdf Curso “Diseño de Instalaciones de Levantamiento Artificial por Bombeo Mecánico”, PDVSA, CIED, 2002.
