BOMBEO+MECÁNICO

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BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

Bombeo Mecánico Reciprocante OCTUBRE 2010

http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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FACTORES PARA ELEGIR UN SAP 

Propiedades de los fluidos



Estado mecánico del pozo



Pruebas de producción



Aforos y/o condiciones de operación



Registros de presión/temperatura



Disponibilidad de la fuente de energía


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FACTORES PARA ELEGIR UN SAP


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Bombeo Mecánico Reciprocante 

UBM Cabeza l Varillas de succión



Bomba subsuperficial




Existen diferentes sistemas artificiales entre ellos el bombeo mecánico reciprocante. Su función es extraer fluidos descendente, mediante un movimiento que se transmite ascendentepor medio de la sarta de varillas a la bomba colocada dentro de la TP en el fondo, cerca del yacimiento. Los fluidos que se acumulan en la TR llegan a la superficie a través de la TP.

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Componentes Principales UBM Cabezal

Varillas de succión



Unidad de Bombeo Superficial.



Motor y Reductor de engranes. Cabezal y Conexiones Superficiales. Sarta de Varillas. Bomba Reciprocante.

 Bomba subsuperficial

 


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APLICACIÓN 

Un bajo índice de productividad.



Que no haya producción de arena, si la hay que sea muy baja.



Que exista una presión de fondo fluyendo suficiente para que los fluidos alcancen un nivel estático en el pozo.



Que no haya depósito de parafinas.



Que la Pwf > Pb a la profundidad de colocación de la bomba.


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EQUIPO SUPERFICIAL

Motor  Reductor de engranes  Unidad de bombeo superficial Cabezal y conexiones superficiales 

SUBSUPERFICIAL  Bomba  Sarta de varillas http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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Tipo de Motores MOTOR ELÉCTRICO  Bajo costo inicial.  Menor costo de mantenimiento  Facilidad para ajuste en un sistema de automatización


MOTOR DE COMBUSTIÓN  Control de velocidad más flexible.  Menor costo de combustible.

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Reductor de Engranes



Función: Reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de bombeo adecuada.



Su flecha esta sujeta a una torsión máxima (Selección de equipo)



La unidad de bombeo superficial recibe la potencia del motor principal a través de bandas.

TORSION: Deformación de un cuerpo sólido, que es producida cuando parte de la tubería gira en una dirección y la otra parte permanece estática o gira en la otra dirección


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Unidad de Bombeo Superficial FUNCIONES:  





Transfiere la energía del motor principal a la sarta de varillas. Convierte el movimiento rotatorio motor a uno reciprocantedelu oscilatorio. Reduce la velocidad del motor a una velocidad adecuada de bombeo Mantiene la verticalidad de la varilla pulida.


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Unidades de Bombeo Mecánico Superficial 



su función Para moveresla convertir bomba deelfondo movimiento se utilizan rotativo las UBM’s de un, motor en un movimiento reciprocante. Existen diferentes tipos de unidades de BM, entre otras : la de balancín (BIMBA), la Hidroneumática de bombeo reciprocante (TIEBEN) y la de carrera larga (ROTAFLEX). Enreductor una Bimbadeelengranes motor mediante el hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín.


En una UBH el motor mueve una bomba hidráulica para que mediante sistema hidráulico se muevan enelforma reciprocante unos cilindros (gatos hidráulicos) El BM de carrera larga se aplica a pozos de alta capacidad de producción o profundos, emplea un diseño completamente mecánico con una cadena.

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Unidades de Bombeo Mecánico 






El peso de la sarta de varillas, la bomba y de la columna de fluidos la fuerza necesaria para desequilibran el movimiento reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el aparejo, y solo la gravedad para bajar. Para disminuir este esfuerzo, el peso del aparejo se equilibra o balancea con masas de acero en elconcaso de la bimba y en(contrapesos), el caso de la UBH la fuerza que proporciona el nitrógeno a presión. Una vez balanceado, solo es necesaria poca fuerza para subir y bajar la bomba en el fondo, esto reduce por mucho el consumo de energía necesaria, de ahí la importancia de un buen balanceo.

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Cabezal y Conexiones Superficiales

En el cabezal del pozo se utilizan válvulas para el control los fluidos, y manejo así decomo accesorios para la operación del equipo de bombeo mecánico y el aparejo de producción.


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Geometría de las Unidades (BIMBA)

- CLASE I Unidad Convencional - CLASE III Aerobalanceada y MARK II


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Unidad Convencional VENTAJAS bajo costo de  Tiene mantenimiento  Costos menores que otro tipo de unidades.    

Es usualmente mejor con varillas de fibra de vidrio. Puede girar en el sentido de las manecillas del reloj y contrario. Puede bombear más rápido que la Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo que la Mark II.


DESVENTAJAS  En muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.  Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).

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Cojinete Central

Balancín

Cabeza de Caballo

Compensador Brazo Pitman (Bielas)

Reductor de Engranes

Escalera

Freno

Manivela

Guarda Bandas (Tolva)

Cable Colgador Barra Portadora o elevador

Cable del Freno

Poste Sampson Motor Principal Palanca del Freno

Varilla Pulida

Muñón Contra Peso

Patín

Fig. 28 Unidad


de Bombeo Mecánico Convenciona

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Unidad Mark II VENTAJAS  Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero).  Puede bajar costo (5 a 10 %) comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.


DESVENTAJAS  En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rápido como la Convencional, porque puede causar problemas de fallas en las varillas.  Puede girar solamente en sentido contrario a las manecillas del reloj.  Puede causar más daño a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.  Puede someter a la sarta de varillas en el fondo del pozo a severa compresión que puede causar fallas por pandeo. 17/145

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Unidad Aerobalanceada VENTAJAS  Es más compacta y más fácil para balancear que otras

DESVENTAJAS  Es más complicada y requiere mayor mantenimiento

unidades. Los costos de transportación son menores que otras unidades. Puede girar en el sentido de las manecillas del reloj o sentido contrario.

aire). (compresor de aire, cilindro de La condensación de agua en el cilindro puede causar problemas. La caja de velocidades puede ser dañada presión de aire. si el cilindro pierde










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TAREA 13- Resumen artículo Effects of Subsurface Pump Size and Setting Depth on Performance of Sucker Rod Artificial Lift-A Simulation Approach. SPE 120681 April 2009 EQUIPO No. 1 – 5 Octubre 2010


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Designación de Unidades (BIMBA) 

API ha desarrollado un método estándar para identificar y describir las unidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100 TIPO DE UNIDAD: C CONVENCIONAL M A AEROBALANCEADA

MARK II

TORSIÓN MÁXIMA QUE PUEDE TOLERAR LA FLECHA DEL REDUCTOR DE ENGRANES EXPRESADA EN 10³ (pg.lb)


LA LETRA D INDICA QUE TIENE UN DOBLE REDUCTOR DE ENGRANES.

CARGA MÁXIMA QUE SOPORTA LA VARILLA PULIDA

MÁXIMA LONGITUD DE CARRERA DE LA

EXPRESADA 10² (lb). EN

VARILLA PULIDA EXPRESADA (pg)

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Varilla Pulida Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial. En un momento del ciclo las cargas que soporta son: 

Peso fluido Peso del de las varillas  Cargas de aceleración  Carga por vibración  Fuerza de flotación  Fuerzas de fricción 


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Contrabalanceos de la Unidad Función  Reducir la torsión en el reductor de engranes.  Reducir el tamaño del motor principal (hp´s).  El efecto de contrabalanceo puede obtenerse colocando contrapesos en el balancín, biela o manivela.  El contrapeso tiene un peso aproximadamente igual al peso de la mitadlasdelvarillas peso del(Wr) fluidomás (Wf).


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Ejemplo Unidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzas de flotación, inercia y dinámicas. Wr = 10,000 lbs. y Wf = 4,000 lbs. UNIDAD SIN CONTRABALANCEO

Carrera ascendente (Wr+Wf) – 0 = 14000 lbs.

Carrera ascendente (Wr+Wf) – 12000 = 2000 lbs.

Carrera descendente (-Wr+ 0 ) = -10000 lbs.

Carrera descendente (-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.


UNIDAD CON CONTRABALANCEO

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Bomba Subsuperficial Función Desplazar los fluidos del yacimiento desde el fondo del pozo hasta la superficie por el interior de la tubería 

de producción.  Componentes 1) Barril de trabajo/camisa de la bomba 2) Émbolo o pistón 3) Válvula viajera 4) Válvula de pie o estacionaria


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Partes de la Bomba Subsuperficial Cilindro de trabajo y camisa

Válvula viajera Émbolo

Válvula estacionaria


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Partes de la Bomba Subsuperficial


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Clasificación de las Bombas A) Bomba de inserción. Se puede conectar a la sarta de varillas sin sacar la T.P. a la superficie, sólo se saca la sarta de varillas. B) Bomba de tubería de revestimiento. Es una versión de la anterior esta se la T.R. Manejan grandes volúmenes en sólo que pozos someros y deancla bajoenIPR. C) Bomba de tubería de producción. La diferencia con la de inserción es la forma en como se coloca la camisa de la bomba. Este va conectado en el extremo inferior de la T.P. y se introduce al pozo como parte de la sarta de producción.


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Materiales usados

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      

Camisa/Barril Acero aleación Bronce Hi-brin Nitreline Hi-hard Krom-i-dee Silverine

Pistón     




Válvulas Stellita



C.T.

Varillas   

Acero aleaciones Mg, si, ni, vn, cu, br, cr, mo Fibra de vidrio

Acero aleación Bronce Co-hard Superhard Cromado

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Nomenclatura API para la bomba

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La Bomba Reciprocante 



Está compuesta de dos partes principales: el émbolo y el barril ; con sus válvulas. Ciclo de bombeo: 1. Émbolo hacia abajo cerca del final de la carrera, el fluido pasa a través del la válvula viajera , el peso de la columna es válvula de pie. los soportado en la 2. Émbolo hacia arriba arrastrando

fluidos arriba de la válvula viajera, la válvula de pie admite fluidos del yacimiento. 3. Émbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, válvula de pie abierta y viajera 4. cerrada. Émbolo hacia abajo, válvula de pie cerrada por la compresión, la válvula viajera se abre por el mismo efecto.


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Ciclo de Bombeo Mecánico (b)

(a)

Cilindro de trabajo y camisa

(c)

(d)


Válvula viajera Émbolo

Válvula estacionaria


Tubería de producción

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Ciclo de Bombeo Mecánico (a) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.

(b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera. (c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera. (d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.


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Sarta de Varillas 









La sarta de varillas de succión es un sistema vibratorio complejo mediante el cual el equipo superficial transmite energía o movimiento a la bomba subsuperficial. La selección de la sarta de varillas depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operación de este. Su diseño consiste en seleccionar la sarta más ligera y por lo tanto más económica, sin exceder el esfuerzo de trabajo de las propias varillas. El esfuerzo de trabajo depende de la composición química y fluido de bombeado. las varillas, propiedades mecánicas Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.


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Número de Varilla API Ejemplo: Varilla API No. 86

8/8 (1”)

86

7/8”

6/8” (3/4”)


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Clases de varilla 

Clase K

Resistente a corrosión 

Clase C

Resistente a corrosión, trabajo pesado 

Clase D

Trabajo extra pesado sin H2S


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Ventajas BM

Cabezal Varillas de succión

Tiene buena eficiencia.  Permite la optimización y el control . 

UBM

Bajo costo de mantenimiento.  Pueden emplearse materiales para disminuir los problemas de corrosión.  Es flexible - permite ajustar la 


producción través dedela bombeo. longitud de la carrera y laavelocidad


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Limitaciones BM

Cabezal Varillas de succión


Presenta desgaste en las varillas y en la TP en pozos desviados.  No aplicable cuando se tienen altas relaciones Gas-Aceite.  Su eficiencia decrece con la profundidad.  Por las dimensiones y aspecto de la unidad superficial afecta la estética y el ambiente. 

UBM


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Rango de Aplicación BM Rango Tipico Profundidad 100 - 11,000’ TVD Volumen 5 - 1500 BPD

UBM Cabezal

Temperatura


Desviación

100°- 350°F 0 - 20°

Máximo* 16,000’ TVD

5000 BPD 550°F 0 - 90° <15° /100’


Corrosión

Bueno a Excelente con materiales especiales Manejo de Gas Aceptable a Bueno Manejo de Solidos Aceptable a Bueno Densidad Fluido >8°API Tipo de motor Gas o Electrico Aplicaciones Marinas Limitada Eficiencia Sistema 45%-60%


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MÉTODO DE DISEÑO API RP11L


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M TODO DE DISE O API RP11L BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

SUPOSICIONES 1. Bombeo con 100 % de líquido. 2. Solamente varillas de acero. 3. Unidad de bombeo convencional. 4. Bajo resbalamiento del motor principal. 5. Unidad perfectamente balanceada.


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MÉTODO DE DISEÑO API RP11L BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

SUPOSICIONES 6. Fricción normal en el fondo del pozo. 7. No considera efectos de aceleración del fluido. 8. Tubería anclada o desanclada.


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NOMENCLATURA H = Nivel de fluido L = Profundidad de la bomba; distancia de la superficie al asiento niple/zapata. N minuto = Velocidad de bombeo; (S.P.M.) número de carreras por completas. S = Longitud de carrera; distancia del movimiento de la varilla pulida del tope al fondo de la carrera. D = Diámetro del émbolo en la bomba subsuperficial (pg.).


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NOMENCLATURA G = Gravedad específica de los fluidos combinados en el pozo. Wr = Peso de la sarta de varillas de succión en el aire Er = Constante de elasticidad de la tubería.


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NOMENCLATURA Fo = Carga estática de fluido sobre el área total del émbolo multiplicado por el nivel del fluido. Kr = Constante de elasticidad que representa la carga en libras para alargar la sarta de varillas. 1/Kr = Constante de elasticidad para el total de la sarta de varillas. Skr = Libras de carga necesarias para alargar el total de la sarta varillas en una cantidad igual a la carrera de lade varilla pulida.


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NOMENCLATURA Fo/Skr = Alargamiento dimensional de varilla; que es el alargamiento causado por la aplicación estática de la carga de fluido. N/No = Carreras por minuto de la unidad de bombeo; dividida por la frecuencia natural de una sarta de varillas no telescopiada.


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NOMENCLATURA N/Nó = carreras por minuto de la unidad de bombeo dividida por la frecuencia natural de una sarta de varillas telescopiadas. Ktrequerida = Constante elasticidad que representa la carga en libras paradedilatar la longitud total de la tubería=1pg. 1/Kt = Constante de elasticidad de la longitud total de la tubería; (0) si es anclada.


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NOMENCLATURA BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

Sp/S = Porcentaje de la carrera émbolo/carrera de la varilla pulida.

subsuperficial

del

Sp = Carrera efectiva de la bomba (pg.). PD = Desplazamiento total de la bomba a 100 %. W = Peso total de las varillas en el aire.


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NOMENCLATURA Wrf = Peso total de las varillas en el fluido. Wrf/Skr = Porcentaje del peso de las varillas en el fluido; para la carga necesaria para dilatar las varillas, una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.


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NOMENCLATURA BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

PPRL = Carga máxima de la varilla pulida. MPRL = Carga mínima de la varilla pulida. PT = Torque máximo en la caja de engranes de la unidad. PRHP = Potencia en la varilla pulida. CBE = Efecto de contrabalanceo.


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EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODO API RP11L

Tablas y graficas


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Unidades Hidroneumáticas de Bombeo Reciprocante (UBH) TIEBEN


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ANTECEDENTES HISTORICOS. Hasta los años noventa la operación de los equipos de bombeo mecánico se consideraban los más eficientes, utilizando las unidades de bombeo Convencional, Aerobalanceada y la Mark II. Cuando llegó a México una nueva unidad llamada TIEBEN, en el campo Poza Rica se llevo a cabo una prueba piloto en el año de 1995 en el pozo Poza Rica 329 donde se evaluó la eficiencia de la nueva unidad Hidroneumática mejor conocida como “Tieben”, que tan buenos resultados había tenido en el campo Ébano.


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Producción de aceite por tipo de unidad AIPRA 2005

•

6288 BPD

156 Unidades

•

7862 BPD

103 Unidades

Unidades Convencionales

Unidades Tieben


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Tipos de Unidades Las bombeoyHidroneumáticas clasifican de acuerdo al tipounidades de motor,demontaje carrera con el quesepueden operar.

• •

Motor Eléctrico (E) Combustión (G)

• •

Tipo de Montaje Pedestal (P) Directo (DM)

Carrera • • •

60 pg (1.52 m) 120 pg (3.04 m) 180 pg (4.57 m)

Por lo que se tienen: • • •

EP-60, EDM-60 y GDM-60 EP-120,GP-60, GP-120, EDM-120 y GDM-120 EDM-180 y GDM-180


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Principio de Operación Se compone de dos sistemas básicos:

(VER VIDEO)

Sistema Hidráulico.- Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Consta de •

un Cilindro Hidráulico de efecto doble, una Válvula de Control Direccional de cuatro vías y una Bomba Maestra de Engranes (bomba hidráulica).


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Principio de Operación •

Sistema de Balanceo Hidroneumático.Contrabalancea el peso de la sarta de varillas y consta de un Cilindro Hidráulico de efecto simple (acumulador), un paquete de Tanques de Nitrógeno y una Bomba Auxiliar de Engranajes.


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Esquemático


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Partes esenciales de la UBH reciprocante Pedestal • Cilindro

(acumulador y motriz.) • Válvula check. • Arreglo unión. • Sensores. • Pedestal. • Plato. • Conexiones.

Paquete motriz • Válvula direccional. • Controlador de

válvula direccional. • Manifold. • Bomba maestra. • Bomba auxiliar. • Tanque piloto. • Tablero. • Deposito de Aceite. • Acumulador de nitrógeno • Tanques almacenadores de nitrógeno.


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Unidad TIEBEN


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VENTAJAS DE LA UNIDAD DE BOMBEO HIDRONEUMATICO SOBRE LA UNIDAD CONVENCIONAL.


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•

COSTO DE ADQUISICION. Se tienen ahorros de hasta el 50% debido a que la unidad TIEBEN viene completamente lista para ser instalada, a diferencia del convencional que requiere de la

adquisición del motor, las base bandas transmisión, principalmente y de una tardada y costosa dede concreto.

•

CONSUMO DE ENERGIA. Se tiene consumos menores al 30% del consumo de las unidades convencionales.


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•

•

TIPO DE MOTOR. Puede utilizar motor eléctrico, de combustión interna diesel o de gas, ya sea gas LP de un tanque estacionario o gas liberado en el espacio anular. Congruente con el consumo de energía, para un mismo pozo, para una unidad TIEBEN lleva una ventaja en el requerimiento de potencia, al ser comparada con una unidad convencional de aproximadamente 30%. COSTOS DE REPARACION. Se tienen ahorros del orden del 500%. Por ejemplo, lo mas caro por reparar en una unidad convencional es el reductor de engranes, con un costo de +/-

$246,000; una TIEBEN, caro por con reparar es el cilindro (cambio deentodos los selloslo ymas empaques) un costo de +/$8,000.


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•

TRANSPORTACION E INSTALACION. Mayor facilidad de transportación, instalación y operación. La unidad TIEBEN se transporta en un remolque ligero jalado por una camioneta Pick-Up, se instala y se pone en operación en menos de tres horas. Puede ser instalada incluso por un simple camión con malacate y pluma. La unidad TIEBEN no requiere base de concreto. Como comparación para transportar una unidad convencional se requieren camiones de plataformas y grúas de 15 toneladas. Además del periodo de acondicionamiento de la localización y construcción de dicha base.


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•

EFICIENCIA DE BOMBEO. Con la unidad de bombeo TIEBEN es posible trabajar a bajas velocidades de bombeo, lo cual permite un mejor llenado del barril de la bomba, reduce el golpeteo del fluido, el desgaste de la varillas y el equipo superficial.


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•

PRODUCCIÓN DIFERIDA. El tiempo en operación es una gran ventaja de la unidad TIEBEN, pues la reparación de cualquier parte de la unidad es bastante rápida y requiere poco refaccionamiento. Por ejemplo, para

cambiar los sellos del pistón del acumulador de nitrógeno, recargarlo de nitrógeno y reiniciar la operación se emplean menos de dos horas. Además el hecho de que el pedestal sea abatible, permite la operación en forma inmediata de los equipos de reparación y terminación de pozos (RTP). Todo esto reduce al mínimo los problemas por producción diferida.


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Unidades de Bombeo de Carrera Larga

ROTAFLEX


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Dos tercios de los pozos en el mundo son operados mediante Bombeo Mecánico. 70 % de los pozos en Argentina (12,900 pozos) emplean BM. Aumenta la demanda mundial de hidrocarburos. Extracción optima de hidrocarburos desde un punto de vista técnico-económico.

Características de la unidad


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Rotaflex 

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La primera unidad con el mecanismo actual fue instalada en Diciembre de 1987. Weatherford (EVI Oil Tools) compró ROTAFLEX en 1989 - Existían 40 unidades instaladas. Desde esa fecha ha experimentado un 15% de crecimiento interanual. En 1991 se muda la planta desde Kilgore a Odessa. 825 instalaciones Actualmente se ,cuentan nivel mundial principalmente en Texas,a Oklahoma, Venezuela y Colombia. 72



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Rotaflex

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Carrera de 288mecánicas y 306 pulgadas para bombas (más de 7 metros). Alta capacidad de producción. Alta eficiencia para extracción de pozos problema o pozos profundos. Aplicaciones en reemplazo de bombas BEC.



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Rotaflex

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Mayor vida útil del equipo de fondo. 40 a 60% de reducción en los ciclos de esfuerzo, mayor vida útil de las varillas. 20 a 50% de reducción en el costo de energía. Ayuda a resolver el problema de candado de gas. 100% accionamiento mecánico de bajo mantenimiento.


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Ventajas del ROTAFLEX BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

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Embolada larga y lenta que permite:  

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Mejorar el llenado del barril. Reducir los problemas de golpe de fluido. Minimizar los problemas de interferencia de gas. Reducir el desgaste entre las partes móviles. Reducir los esfuerzos de tensión y compresión sobre la sarta de cabillas.

Aumenta la eficiencia total del sistema.

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Ventajas del ROTAFLEX

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Permite sistema dede bombeo reciprocante aumentaralsu capacidad producción hasta más de 2500 BFPD. Unidad 100% mecánica. Contrapeso fácil y preciso. Reductores de engranajes más pequeños. Armado, probado y embarcado en una sola pieza. No es necesaria y desinstalación para realizar los servicios al pozo. Reduce los costos de operación y mantenimiento. 76


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Características del ROTAFLEX

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Unidad Vertical Carrera de hasta 25 pies Capacidad de carga de hasta 50.000 lbs Caja reductora de hasta 320.000 pulg*lbs



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Rotaflex

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Reductor API Corona Sistema de Inversión Totalmente Mecánico

Cadena Carro Inversor Caja Contrapeso



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Rotaflex

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Banda Flexible conecta las varillas al carro caja contrapeso. Banda flexible absorbe fuerzas de inercia en los cambios de Carrera



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Rotaflex

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18 inches

CORONA diámetro 914,4 mm.


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Mecanismo de Inversión

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Corona Superior Cadena

Caja Contrapesos

Carrera Descendente

Carro Inversor

Corona Motriz


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Carrera Descendente


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Cambio de Carrera


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Mecanismo de Inversión BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

Cambio de Carrera


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Carrera Ascendente


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

Un eje deen la rotación base permite doblarlo para ser enviado sin desarmar


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Puede rodarse por medio de rieles anclados a la base para facilitar el acceso al pozo


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



Base y Unidad montadas cerca del pozo Base de concreto especialmente diseñada para el Rotaflex Plataforma para instalar el contrabalance


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Guardacorreas con bisagras para fácil acceso Poleas de



unidad y motor ubicados a nivel del suelo Rango de velocidad de 1 a 4,5 SPM


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ROTAFLEX vs. Unidad Convencional BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

Unidad API M-912-365-144 Nivel de Fluido (metros) 1900 Profundidad de la Bomba (metros) 2000 Tamaño del Pistón (pulg.) 2,25 Tasa de Producción (m3/día) 101 Eficiencia Total del Sistema (%) 48 Motor Nema D (HP) 100 Carga sobre la Caja Reductora (%) 84 Carga sobre la Estructura (%) 79 Velocidad de Bombeo (SPM) 11,3 Consumo Eléctrico Mensual ($) 1.972 Costo Aproximado del Sistema ($) 152.000

R-320-360-288 1900 2000 2,25 102 57 60 52 74 4,83 1.673 104.000


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Candidatos Potenciales BOMBEO+MECÁNICO - slide pdf.c om

      

Pozos nuevos Pozos desviados y horizontales Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubería Crudos medianos y pesados Aplicaciones con alta temperatura de fondo Pozos con poco aporte - bajo nivel de fluido Pozos someros de alta producción


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Conclusiones


20 a 50 % de Incremento de Eficiencia de Extracción. Torque, velocidad y potencia constantes en la mayor parte de las carreras Ascendente y Descendente. No se necesita sobredimensionar instalación eléctrica. Sistemas más eficientes si son diseñados para trabajar a plena carga. Si se utiliza variadores de velocidad no se necesita utilizar motores de Alto Deslizamiento, obteniéndose mejores eficiencias.


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TAREA 16- Resumen artículo Rotaflex Efficiency and Balancing. J.N. McCoy, A.L. Podio and Lynn Rowlan SPE 67275 March 2001 EQUIPO No. 4 – 12 octubre 2010


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Conceptos para el diseño de UBM


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El es un de producción (SAP) en Bombeo el cual elMecánico movimiento delsistema equipo artificial de bombeo subsuperficial se origina en la superficie y se transmite a la bomba por medio de una sarta de varillas de succión. 1.- Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajera por el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite del pozo, llenando la camisa de la bomba. 2.- Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la camisa de la bomba hacia arriba del émbolo, cerrando la válvula de pie que impide que se regrese el aceite al pozo.

Ciclo de bombeo


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Objetivo del diseño


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Producir una cierta cantidad de fluidos por día con un mínimo de: 1. Torsión. 2. Carga en la varilla pulida. 3. Requerimientos de potencia del motor principal. 4. Costos de combustible o energía. 5. Costos de mantenimiento de la unidad. 6. Roturas de la varilla. 7. Producción diferida por rotura dede varillas por reparación y mantenimiento la o unidad. 8. Costo inicial.

Características del BM


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Debe ser: •

Resistente.

•

De larga vida.

•

Eficiente.

•

Fácil y barato de transportar.

•

Silencioso. No contaminante.

•

•

Seguro de instalar y de operar.

Ventajas y Desventajas del BM


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Ventajas: 1. 2. 3. 4. 5.

Fácil diseño. Unidades pueden ser cambiadas a otros pozos. Adaptable a agujeros reducidos. Flexible. Levanta aceites viscosos y de altas temperaturas.

Desventajas: 1. No es posible manejar sólidos. 2. No se adapta a grandes profundidades. 3. En operaciones costa-afuera resulta pesado y estorboso.

Principio de flotación


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a) Cuando el Peso del cuerpo es menor que el Empuje ascendente y se encuentra en el fondo, el cuerpo sale a la superficie y flota. b) Cuando el Peso del cuerpo es igual al Empuje ascendente, el cuerpo queda en equilibrio dentro del líquido. c) Cuando el Peso del cuerpo es mayor que el Empuje ascendente, éste se hunde pero aparentemente disminuye su peso.

Patrón típico de cargas en la varilla pulida


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durante un ciclo de bombeo

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durante un ciclo de bombeo


Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de varillas y fluido se levantan del fondo con máxima aceleración. Esta zona se extiende desde el fondo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente. En esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a la carga estática de la masa de varillas y fluido. Debido a que la máxima aceleración hacia arriba ocurre en esta zona, normalmente el producto de la carga compuesta de varillas y fluido por la máxima aceleración, da como resultado la carga pico o carga máxima en la varilla pulida .



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durante un ciclo de bombeo.


Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se extiende desde cerca del punto medio hasta el tope de la carrera. En esta zona, aún se tiene la máxima masa de varillas y fluido, pero se está desacelerando; consecuentemente, el componente de inercia de la masa de varillas y fluido se está restando del total del peso estático.



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durante un ciclo de bombeo. 5/10/2018


Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera descendente, desplazándose hacia abajo hasta algún punto cerca de la mitad de la carrera. En esta zona únicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el componente de inercia. Normalmente es en esta zona donde ocurre la máxima aceleración hacia abajo.



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Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la carrera descendente y se extiende hasta el fondo de la carrera.

En

esta

zona

las

varillas

flotando

se

desaceleran en su preparación para detenerse en el fondo de la carrera, entonces, el componente de inercia se suma al peso de las varillas.



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a=max v=0

Wf Wr -a

a=0 v=max

Mitad de la carrera

Wr -a

Mitad de la carrera

Wf Wr +a a=max v=0

Wr +a

Wf=peso de los fluidos

=factor de aceleración

a

Wr= peso de las varillas

Parámetros para la selección de la bomba de


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inserción 5/10/2018


•

•

Volumen a producir. Profundidad del intervalo productor.

•

Viscosidad del aceite producido.

•

Existencia de arena en el aceite.

•

Volumen de gas producido.

•

•

Temperatura. Porcentaje de agua.


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ACCESORIOS DEL BOMBEO MECÁNICO


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ACCESORIOS Varillas extrapesada y centradores 1. Se debe utilizar 1 lb. de varilla extrapesada por cada bpd producido hasta 500 bpd. Ejemplo: para 450 bpd, 450 lbs. de varilla extrapesada. Después de esta cantidad 1.5 lb. 2. No se deben colocar varillas extrapesadas a la profundidad de la bomba cuando exceda los 3º de desviación, porque la varilla extrapesada es de 1 1/2” y friccionaría contra la tubería; en este caso colocar varilla de 7/8” con centradores. 3. Cuando se conoce el punto de la rotura de la varilla, los centradores van debajo de este punto.


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ACCESORIOS Varillas extrapesadas y centradores

Varilla extrapesada centradores


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ACCESORIOS 5/10/2018


Anclas de gas

Un método para mejorar la eficiencia de la bomba, es desviar el gas libre hacia el espacio anular del pozo. El dispositivo que separa el gas del liquido se conoce como ancla de gas:  ANCLA

DE GAS TIPO SENCILLO  ANCLA DE GAS CON EMPACADOR  ANCLA DE GAS CON COPAS

TIPO DE ANCLAS http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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CASOS ESPECIALES http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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VACIO

GOLPE DE FLUIDO.Cuando la cámara de compresión está sólo parcialmente llena con fluido, el problema se presenta en la carrera descendente de la bomba, el pistón está desplazándose a través de la parte superior vacía de la cámara de compresión y repentinamente encontrar muchogolpea fluido. al


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VACIO


GOLPE es DEmenos GAS.Está situación drástica que el golpe de fluido, ya que al menos existe algo de gas en la parte superior de la cámara de compresión para ayudar a acumular presión antes de que la válvula móvil choque con el fluido. El gas amortigua ligeramente los choques hidráulico y mecánico.


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CANDADO DE GAS.Fenómeno en la cámara de compresión, hace que la bomba no produzca fluido. Las válvulas no operan y el pistón de la bomba simplemente se mueve hacia arribalaycolumna abajo, levantando y bajando de fluido en la sarta de tubos. La causa es simplemente que no hay suficiente presión generada en la cámara de compresión durante la carrera descendente de la bomba para abrir la válvula.

Cartas dinamométricas http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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La carta dinamométrica es un diagrama de CARGA VS DESPLAZAMIENTO resultante del registro de todas las fuerzas que actúan sobre la varilla pulida con respecto a su posición en cualquier instante durante el ciclo de bombeo. En este diagrama la posición de la varilla pulida esta en el eje de las abscisa y la carga en el eje de las ordenada. VARILLA PULIDA


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Con ella se puede determinar:

1. Cargas en el equipo superficial. VVC,VPA A

CARRERA ASCENDENTE

B

C

2. Cargas en las varillas. (SARTA DE VARILLAS)

A R

3. Comportamiento de la bomba.

G A

CARRERA DESCENDENTE

D

C VVA,VPC

DESPLAZAMIENTO

CONDICIONES IDEALES DE UNA CARTA DINAMOMÉTRICA http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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     



Velocidad de bombeo baja No existen fuerzas de aceleración No existen fuerzas de vibración No existende fuerzas de fricción La válvula pie abre y la válvula viajera cierra instantáneamente en el inicio de la carrera ascendente. La válvula de pie cierra y la válvula viajera abre instantáneamente en el inicio de la carrera descendente. No existen cambios en la longitud de la varilla debido a la transferencia de carga del fluido.


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1.- Cargas en el equipo superficial: Cargas máxima y mínima en la estructura de la UBM. •

•

Torsión en el reductor de engranes y en el motor principal. Trabajo realizado por la varilla pulida al elevar los fluidos y •

vencer la fricción.apropiado. Contrabalanceo •


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2.- Cargas en la sarta de varillas: •

Cargas máxima mínima. Esfuerzos en lasyvarillas.

•


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3.-Comportamiento de la bomba subsuperficial: Condiciones de trabajo de las válvulas viajera y de pie. •

•

La existencia de golpeteo de fluidos y su magnitud. Candado de gas en la bomba. Fricción excesiva. Si la bomba está o no bombeando en vacío. Condiciones de sobreviaje del émbolo o reducción del viaje del mismo. • • •

•


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Modificación de la carta dinamométrica por efectos de aceleración


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Efecto de alargamiento y contracción de las varillas


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Efecto de vibraciones naturales de la sarta de varilla

Diagnóstico de fallas http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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AUTOMATIZACIÓN BM http://slide pdf.c om/re a de r/full/bombe ome c a nic o

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Grandes ventajas técnicas y económicas se obtienen al instalar sistemas de monitoreo y control (automatización). Se utilizan controladores de pozos inteligentes. •

•


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Análisis de la tensión con el diagrama de Goodman Modificado. (ANÁLISIS DE LAS VARILLAS)


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De una carta dinamométrica de una unidad de bombeo mecánico, la carga máxima de una varilla de 1 pg., grado C es de 26,235 y la carga mínimaAPI es 4,750 libras. libras, Empleando el método del diagrama de Goodman modificado se determinará sí las varillas trabajan en el rango de tensiones de diseño.


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Varilla

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Propiedades químicas y mecánicas de las varillas 

Clase K

Resistente a corrosión 

Clase C

Resistente a corrosión, trabajo pesado 

Clase D

Trabajo extra pesado sin H2S

Grado de la varilla

Composición química

Esfuerzo de tensión (psi)

K C

AISI 46XX AISI 1536

Mínimo 85,000 90,000

D

Carbono o aleaciones

115,000

Máximo 115,000 115,000 140,000

Nota: De la especificación API SPEC 11B, la mínima fuerza de tensión (T) para varillas de grado C es de 90,000 psi.


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La tensión máxima es. Smax

Solución

C arg a máxima 26235 (lbs)   área de la var illa 0.785 (pg2 )



33403 (psi)

La tensión mínima es. Smin



C arg a mínima 4750 (lbs)  área de la var illa 0.785 (pg2 )



6051(psi)


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Usando el diagrama de Goodman modificado para varillas grado C, para una tensión mínima de 6,051 psi sobre el eje vertical, trazar una línea vertical desde la línea de tensión mínima hasta el punto de tensión máxima 33,403 psi.


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Esté punto se encuentra fuera del rango de tensiones permitidas, las varillas se encuentran sobrecargadas. En el diagrama la tensión máxima debe de ser de 25,900 psi. Este valor corresponde al punto de intersección entre la línea de máxima tensión y la línea vertical dibujada.


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Análisis de la tensión en forma analítica con la modificación de Goodman.


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El método API del análisis de la tensión del Goodman se puede analizar con ecuaciones estastienen son muyprogramadas, fáciles de utilizar si y se también son más rápidas y más exacta porque se calculan valores en vez de hacer lecturas en el diagrama.


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La ecuación máxima permitida para(Sobtener la tensión A) es: SA



0.25T  0.5625Smin SF

T = Mínima fuerza de tensión permitida (psi) SF factor de seguridad. SA = tensión máxima permitida (psi) SA SA

0.25(90000)  0.5625(6051)(1.0)  25904 ps i 


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El rango permitido de tensión es: DSA



SA



Smin

25904  6051  19853 (psi)

El rango actual de tensión es: DSact



Smax



Smin

33403  6051  27352 (psi)


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La carga de la varilla en porcentaje es de: % c arg a de la var illa 

Smax  Smin  100 DSA

27352  100  137.8 % 19853

Por lo tanto se concluye que las varillas se encuentran sobrecargadas

PROYECTO FINAL


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Se entregará(antes un anteproyecto de SAP para autorización del 4 de noviembre) por su el representante de cada equipo del proyecto. Equipo de 3 o 4 integrantes. Se entregará un trabajo escrito. Se entregará en un CD toda la información del proyecto (presentación, artículos u otro tipo de publicación, corridas de computo, listados, etc.). La presentación la realizará todo el equipo del proyecto en 20 minutos (7 y 9 de diciembre).

PROYECTO FINAL


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Título. Objetivo. Introducción.


Desarrollo. Resultados. Aporte del proyecto. Conclusiones y recomendaciones. Bibliografía


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“SOFTWARE DE BOMBEO MECÁNICO”


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Software en el mercado. I. Rodstar Desarrollado por la compañía Theta Enterprise, requiere licencia para poder trabajar. Puede trabajar en Red II.Qrod Desarrollado por la compañía Echometer, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier PC. III.Srod Desarrollado portrabajar la compañía Lufkin, necesita licencia para poder trabajar. Puede en Red.


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Software en el mercado. IV.SARP Desarrollado por la compañía CEALC, necesita licencia para poder trabajar. Actualmente no esta disponible en el mercado. V.TRIROD Desarrollado por la compañía Trico Industries. Emplea el método API RP11L, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier PC.


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FIN DE LA PRESENTACIÓN


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