MANUAL2_FYPF_BombeoMecanico

Pgm e Ftemet e Eses Tés Una escuela hacia el futuro Áe | Actualización tecnológica aplicada a la industria

2

ExPloración y Producción dE PETrólEo: bombeo mecánico

3

Pg e Fteet Pg e Ee T Una escuela hacia el uturo

ExPloración y Producción dE PETrólEo: bombeo mecánico marl Artgas

Pg e Fteet Pg e Ee T Una escuela hacia el uturo

ExPloración y Producción dE PETrólEo: bombeo mecánico marl Artgas

Fundación yPF consEjo dE adminisTració adminisTración n Presidente

erqu eskaz VicePresidente

ezqul eskaz Stry AdscriPto VicePresidenciA

eduard Savasta tesorero

ágl Ras Shz secretArio

maur Da VocAl

carls Als director ejecutiVo

Slv Jsé Shlssr Gerente ÁreA culturA y PAtrimonio

carla Llsa d Sturla Gerente ÁreA de educAción

Slv Jsé Shlssr Gerente ÁreA desArrollo sociAl

eduard Savasta ÁreA de educAción

igrd Jpps Gladys Kh Gzal Pérz bard Patra Salt maría Sldad Vga ÁreA de culturA y PAtrimonio

Paula maría Ras maría euga Frías Flra Wassr ÁreA de desArrollo sociAl

Vítr Rld comunicAción

Lra Kvsky AdministrAción

Ra mda AsistenciA GenerAl

Adraa Sra coordinAdorA del ÁreA de ActuAlizAción tecnolóGicA APlicAdA A lA industriA

Lía nadal

ÍndicE

Pg ............................ ......................................................... .......................................................... .......................................................... ............................. 5 Prstaó dl atral ........................... ........................................................ .......................................................... .................................. ..... 7 Sugras para l traaj  l aula-tallr ............................ ......................................................... .................................. ..... 7 m ept .......................... ....................................................... .......................................................... ........................................... .............. 8 Aparat dvdual d  ......................... ...................................................... .......................................................... ............................. 8 estuds tórs ......................................... ...................................................................... .......................................................... .................................. ..... 9 Udad d  Rrrd d la a  l d dl pz ea dl ssta y ía d pta mtrs létrs cañría d prduó  tug............................ ......................................................... ................................................... ...................... 17 Alss y prtat dl tug barras d  .............................................................. ............................................................................................ ..................................... ....... 19 Gtría d la varlla clul d dsñ d : ssta d varllas ........................................ .................................................... ............ 22 Fallas  arras d  ................................................ ............................................................................. ..................................... ........ 24 bas d pruddad .......................................................... ....................................................................................... ................................ ... 34 Dstt tp d bas Dó d tds y atvdads ........................... ........................................................ ......................................... ............ 36

Bbgí ........................... ........................................................ .......................................................... ................................................... ...................... 37 Gí pt Gí n° 1/ b ......................... ...................................................... ........................................................ ........................... 38 Gí n° 2/ Dsñ dl tug ............................................. .......................................................................... ..................................... ........ 39

3

Para uso en el nivel medio de Educación Técnica Proesional

Mac cceptua // Aparat dvdual d 

PróloGo

E

 Pgama e Ftaecimiet e Escueas Técicas “Ua escuea hacia e utu” tiee cm jetiv picipa taece c u at ive acaémic a u gup e escueas técicas que se ecueta caizaas e as zas e iuecia e YPF. Ua e as eas e acci pateaas es a eaaci e mateiaes ictics y iigfcs estias a meja as cicies eucativas e as escueas y espaa e esuez e s cetes, tat e su maci ctiua cm e sus cicies e eseñaza. Este asccu, que ma pate e ua cecci, se ecuaa e s ieamiets geeaes pateas e e pgama, e paticua, a ea e Actuaizaci Tecgica Apicaa a a Iustia. A  ag e ests añs, se ha eaiza ivesas ppuestas que eatiza a ecesia e geea paa s jvees u vcu ms ceca ete a eucaci y e mu e taaj, ei a que pate e a cisis e a escuea secuaia, ya sea e uest pas cm e e mu, se ee a esajuste eistete ete s saees y as cmpetecias apeis e a escuea y as emaas e mit aa. Hy, paa a iseci scia, cutua y aa e s jvees  acaza s c a esteza y a haiia maua y peatia equeia muchas veces e s ivess empes. Aems, es impesciie cta c ua cmpeta maci itega que s a escuea es capaz e ia. Si uga a uas, s ectams ate u ea esa que impica eza s vcus ete a escuea y a iustia a pati e a ceaci e espacis e itecami e as cutuas especfcas e caa mit. C esta cecci, etces, espeams geea u apte itega saees teics, tecgics y estezas técicas cm pate e ua maci itega que aciite a aticuaci ete  eucativ y  aa.

5

PrEsEnTación dEl maTErial est atral t  jtv trur al dsarrll dl aprdzaj  la sula d algus ts d la tlgía aplada  ls prss d la dustra. S trata d rdar a ls dts ua hrrata qu truya  la prta dl aula-tallr a stalr, a partr d u sar spí, la artulaó tr l qu s pud aprdr  la sula y l qu s utlza atualt  la tlgía dl ud prdutv. D st d, s rr u ar ptual sr ada u d ls tas qu s r dsarrllad  ls drts asíuls, apañads d dvrsas guías d traajs prts para aplar  l aula-tallr  ls alus. e st asíul s dsarrllar l ta “explraó y Prduó d Ptról: b m”. •Fascículode“ExploraciónyProduccióndePetróleo:BombeoMecánico“ •Guíasdetrabajosprácticos

Sugeecias paa e taaj e e aua-tae c s aums Prps rar u spa para l dsarrll d ua xpra prta y d rsluó d prlas qu prta ua alzaó d ls prpals pts qu s pdría dsplgar  lla. Para l dsarrll d la atvdad, s rda tr  uta: •

Ltura pr part dl dt d st asíul.

itrduó, pr part dl dt, d ls prpals pts qu gura  l asíul, así  taé ls qu s sugr tr  uta ats d ardar la tta. •

Prstaó dl ta  prgutas a ls alus y aalzad las drts hpótss qu al rspt tga. •

Alss  ls alus d uls s las dsplas qu  la sula r ts útls para aprtar  la prsó d la tta. •

•

Prparaó d la las a partr d las guías d traajs prts.

Dsarrll d la xpra  ls alus, rptd la prua s d ua vz, d ara tal d pdr trastar ls rsultads  las hpótss prvas. •

•

crr ptual rtad las hpótss d traaj platadas pr ls alus.

7

ExPlorACIón Y ProdUCCIón dE PETrólEo: boMbEo MECánICo

marco concEPTual

apt  e bbe Evolución dEl sisTEma c  ee e e pee ee e pete   pee? l rg d lvar u líqud d u pz pr d d ua a suara aada dsd la supr pr ua sarta d arras y u alaí, ha sd d y usad dsd ha 2000 añs. urat ls últs 40 añs l prgrs  l dsñ d stalas d  sguó l prgrs  l dsarrll d hrratas, qups y aquaras para tras dustras; l rsultad s la stalaó dl  rlatvat t d hy día. No obstante este sistema que se utiliza para la elevación artifcial de petróleo desde los comienzos de la industria petrolera aún hoy mantiene una posición predominante en el 80% del mercado de los yacimientos de elevación artifcial.

s be  h  e pge e ete t e bbe te e út peí e 40 ?: l prgrs stró trs lías grals d vluó: 1. Esfuerzo para mejorar el rendimiento mecánico d las parts suaras y d upr dl as d , prad l dsñ dl qup y l atral usad. 2. Et e  pp b ete: guar l dsñ dl ssta d . 3. p e et dl prtat y rdt d ls rsrvrs d ptról  l pryt y alss d ls sstas d .

8


Et te Parría qu ua stalaó d  s u ssta spl. Atualt su rdt s plj y l alss dl s díl. est s asad pr u úr prtat d atrs. exst allí ua trdpda strta d aó tr ls drts pts d ua stalaó. est sur y dulta dagstar la aó d ualqur pt dvdual. Algus atrs qu ata l rdt dl ssta  pud sr stads rígdat y l papl qu lls st dspñad  pud sr dd  prsó.

unidad dE BomBEo comPonEnTEs dE una unidad dE BomBEo mEcánico s  e gete g: ¿pee et  ppe pete e  t e bbe? esta sta salt d st pts: el tr La udad trassra d urza La udad d  Las arras el tug La lua d fud La a • • • • • • •

Cabeza de mula

A ausa d la ada trdpda d aó d sts pts, s vdt qu l dsñ d la stalaó d sdrar l ssta tr   . Ats d zar a halar sr ada u d sts pts s xplar l vt d .

Viga balancín

Cojinete del igualador

Ojo de izaje de la cabeza de mula

Cojinete central

Igualador Manivela

Escalera

Biela Cojinete de perno de biela

Polea ranurada

Estrobo Cruceta del portavástago

Palanca del freno

Freno

Varillaje del freno

Contrapeso

Base

Base del motor

9


Conceptos a trabajar previamente:

El movimiEnTo dEl BomBEo Gralt s hhas rtas supss para splar las sdras vluradas. Ua d llas s qu l vt s aró spl, uad  raldad s sól aproximadamentearmónicosimple. La  e bbe s u as dsarrllad para trastr u vt altratv a la a, y para ll vrt l vt tu rular d u tr pulsr  u vt slat altratv aplad al vstag d , dat u ssta d las y alaí. La dsgaó sugrda pr APi (Ara Ptrlu isttut) s v  l sgut jpl:

c - 228 d-173 - 74 Dd: c 228 d 173 74

(1) Conceptos de carga y torque

Tp d Aib (c. val) Trqu x d la aja rdutra  ls d lras x pulgada ida l tp d rduó d la aja (spl, dl  trpl) carga xa d la strutura  ts d lras Valr x d la arrra  pulgadas

carGa y TorquE (1): Ls ds partrs s prtats d dó s l Torque Máximo (1) y la Carga Máxima, stad l trqu drtat rlaad  la aja rdutra y la arga  la strutura. S  as valrs t rlaó ísa, s sar tr  lar qu l xs d trqu daña la aja rdutra y  sarat a la strutura, y l xs d arga l ha xlusvat  la strutura. Las argas s prtats qu atúa sr la strutura d u qup s las asadas pr la masa de las varillas, la masa de los fuidos y las aceleraciones a qu st stdas. Las struturas d ls aparats d  sprta la arga sara para lvar a dtrada vldad las arras d  y l fud prdud. el jut  st qupad  u jug d palaas y vts tads sr jts qu rqur u prgraa d luraó pród y prvtv  la rua qu s d dtrar  uó d las ds d xga y l la dd traaja. Ua d las ds para l u uat s l ajust dl hass a la as, d tal ara qu s ast  tda su supr y qud prtat s gú tp d vt  vraó. matd la laó dl pz prtat lpa s jts xtrañs, s dtta  ra data s hus algú uló rtad u tr lt qu puda prtr al qup.

10


Rspt a la aja rdutra, su uó sr vrtr u vt d uhas rvlus y aj trqu  tr d ajas rvlus y alt trqu. Pr l gral la rlaó qu usa las ajas s d 30 a 1, pr s las plas st prparadas para grar  300 RPm y l j d las avlas tr 10 y 20 vultas pr ut. el trqu rsultat qu t qu sprtar l rdutr  pulsar l tr s la dra tr l trqu prdud pr la arga y l prdud pr ls trapss, st últ dstad a qulrar al grad pr las argas apladas  l vstag. Justat ls Aib s alaa para dsur ls ps d trqu y las dadas d pta, d ara d zar l t d la apla varaó d argas sr l vstag y qu l rsultad sa ua arga trsal l s ur psl. ¿SepodráconsideraralAparatodeBombeocomouna“balanza”?

Sí, y d harl s pdr aprar:

Carga aplicada a

=

Carga aplicada B

La arga aplada  stuaó stta tdr u valr qu d gua ara sr l qu s tga  vt dd s sua ls ts ds y tríugs. el rzat, l ps altratv d la lua d fud y la alraó, sr varals a sdrar y qu rar l Rag d cargas. e stuaó stta, la arga aplada dtraría l trapsad rrt, pr  stuaó da, l rag d argas s qu l dtra. c l trqu  la aja rdutra st dad pr l valr d las argas y la rlaó tr llas (arga/raz d palaa/s dl gul), l xs dl s s trasra  u lt suat dañ para su vda útl y s d trlar y aduar. Un correcto contrapesado debería otorgar el valor mínimo de torque posible para las cargas aplicadas al equipo y un uniorme trabajo de motor.

ctpe: S l qup  tuvra trapss,  la arrra asdt l tr tdría qu lvatar s ayuda l ps d varllas s l fud y  la arrra dsdt l ps d las varllas arrastraría al tr. ¿Cuáleselobjetivodeloscontrapesos?

El objetivo de los contrapesos es lograr que el motor realice el mismo esuerzo tanto en la carrera ascendente como en la descendente, y tender a uniormar los esuerzos en todo el sistema. 11


S us sar slat lvatar ua arga d 10 tladas, pdría hars s prlas utlzad ua grúa y  s staría traps algu. Sin embargo, en los equipos de bombeo hacen alta los contrapesos para equilibrar las cargas en movimiento y reducir la necesidad de potencia, ya que el motor se usará para mover un sistema mecánico balanceado.

D aquí la prtaa d atr ls aparats prtat  trapsads. Ls sstas d trapss usuals s:  ps rgulal uad  la vga dl qup;  ps rgulal pr uad sr la avla, y l d trapss uts  ldr  ar prd. Para l as d ls trapss stalads  la vga s rgula autad su aó a dda qu s alja dl put d apy tral. e l as d las avlas plaas, l t sr ayr  la dda  qu s alj dl j. Para l as d sprts rulars l aut s dar  la dda  qu ls trapss s alj dl sprt haa l lad pust dl j. e ls d traps pr ar, l rt d prsó s l qu autar l t. Td st s prtat alulal  uó dl tp d qup y l ps d ls sgts qu trapsa.

GEomETrÍa dE los aParaTos individualEs dE BomBEo (2) (2) Física: Clases de palancas

Case 1: Gemeta cvecia Paaca e pime gée

UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL (Clase I, simétrico)

F

C

Ctapes

Caga

Case 3: Paaca e tece gée Tp m (Mak II)

UNIDAD DE BOMBEO MARK II (Clase III, no simétrico)

12

F

C

Ctapes

Caga


Torque Máximo: es l trqu  qu s pud har traajar l rdutr s p-

lgr d rtura dl s. Para qups clas i l APi tpla d 40.000 a 912.000 ls.-pulg. y para clas iii d 14.000 a 912.000 Ls.-pulg., pudd algus arats suprar sts valrs.

cp e e bí: es la arga xa qu s pud lgar d la aza d ula, pudd sprtarla ralt tda la strutura dl qup,  así taé jts y asrs. Carreramáxima,eslamáximacarreraaobtenerenelvástagopulido, lug s

pud lar las arrras rs qu l sgu  ada Aib.

Las ds d arga  u pz s: Carga Máx = (Pbb + P) * (1 + a) Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a) Rango de Carga: RC = Cmáx.- Cmín. Torque Teórico = RC. * S / 4 Torque Real = (C. Máx. – CB ) * S / 2 o Torque Real = (CB – C. Mín.) * S / 2 Pbb = Peso de la sarta de varillas en el aire (Kgrs. o Libras) P = Peso de fuido a elevar entre tubing y sarta de varillas (Kgrs. o Libras) a = Factor de aceleración a =  (Carrera, S, GPM al cuadrado) CB = Eecto de contrapesado o Contrabalanceo (Kgrs. o Libras) % Uso = T máx Real/ T. Máx. Fabricante o % Uso = C. Máx. Real / Capacidad Fabrican.

Las las al grar  vldad agular stat  la Udad cval (Ssta a Palaa clas i) prdu la vrsó d la arrra dl vstag  l put urt suprr,  alraó rlatvat aja. e las udads d  mark ii y  las alaadas a ar (Ssta d Palaa clas iii) las aratrístas d la alraó st rvrtdas. el ssta rtal  d puj asdt za la arrra asdt  aja alraó pr ha qu la rvrsó  l tp sa alg s rpda qu  la udad val. csutt, l Ssta a Palaa clas iii,  l mark ii, y l alaad a ar, uv la xa arga d las varllas y dl fud al djar l d  alraó alg r qu d u vt aró spl, tras qu  la part suprr d la arrra, la varlla dutra za la arrra dsdt  ua alraó ayr qu la d u vt aró spl. Aptad la splaó d sdrar la asa trada, la arga p  xa  l vstag st trlada pr la agtud d la alraó  l t d djar l d.

13


Cuanto mayor es su valor, mayor será la carga en el vástago (manteniendo las otras condiciones iguales) con el consecuente aumento de los esuerzos en las varillas y en la carga estructural de la unidad.

Al lvatar la arga xa d las varllas y l fud djar l d, la ra d la asa s sua al ps stt. cuad sud la rvrsó arra, la ra d la asa s sustra dl ps d las varllas  ftaó. En otras palabras, la reversión en el ondo, carga al vástago y a la estructura a su valor máximo, mientras la reversión superior lleva esa carga a su valor mínimo.

Dd a la gtría dl Aib clas iii y a la aja rlaó la-avla, la udad mark ii lvata las varllas y l fud dsd l d  aprxadat u 60% d la alraó xa d la udad val d clas i. est hh ha sd aplat rd pr studss d la tlgía d ls sstas d . Pr jpl  su txt “Prps d prduó d pzs d ptról” l Prsr T. e. W. nd d la Uvrsdad d Saskathwa ara: “e la udad val la alraó  l d d la arrra s alg ayr qu ua vrdadra alraó aróa spl tras qu s r  l tp d la arrra. est s l prpal vt d la udad val, s dr, qu  l d d la arrra just  l t qu la vlvula vajra s st rrad y l ps dl fud s trasrd a las varllas st  su x. ests ds atrs s a para prdur ua xa sltaó  l ssta d varllas qu s u d ls atrs ltats dl dsñ d la stalaó”. La experiencia ha demostrado que la menor aceleración en el ondo del Mark II generalmente reduce la carga máxima en el vástago, el esuerzo de las varillas y la carga de la estructura, a menudo hasta en un 10 a 12%.

14


rEcorrido dE la BomBa En El Fondo dEl Pozo c ua arrra  supr y ua vldad d  dada, parría qu l rrrd t dl pstó pdría sr l s para ualqura d las gtrías d ls aparats dvduals d . est  s l as. Varad la gtría d supr para prdur rtas aratrístas d vts tal  ua arrra dsdt s rpda y ua r vldad  la rvrsó dl d, s psl  uhs ass autar apralt la arga sr l vstag. Dd a sta s rpda arrra dsdt y a la r vldad d la rvrsó  l d, l mark ii td a prvr u rrrd t ayr  uhs ass,  l s  aú r p d arga  l vstag. S ha dstrad qu l mark ii (clas iii ssta d puj asdt) rutt td a axzar la arrra ta dl pstó s qu tras gtrías d udads d  y  u apl rag d aplas. Adts qu alguas razs para st s pljas y sól pud sr dtradas y tddas  xattud usad la pdrsa hrrata qu s l dl att “d la rsluó” d la uaó d da aplada al  , s arg. En general, el mayor recorrido neto del pistón del Mark II se debe a la más rápida carrera descendente con un mayor tiempo de retraso en la reversión al dejar el ondo.

Tat l stud prt  l tór ha prad qu st s rt  la ayría d las ds dl  .

EFiciEncia dEl sisTEma y EconomÍa dE PoTEncia (3) Ua d las prpals vtajas dl Aib  traala  s su alta a. A dra d las as hdrulas, utas y létras, ls pts s dl Aib val y dl mkii t pérddas d alr sgats  ls sstas d trapss apas d dspar rgía.

(3) Física: Potencia Eléctrica

Ua lra-p d rgía aplada al j d alta dl Aib (val  mkii) s prprada as tata  traaj altratv prvhs  la aza dl Aib. U tr létr s razalt t uad pra dtr d su rag d apadad y  u trqu rlatvat ur; s arg su a a rpdat aj argas varals, tal  urr  l puls d ua udad val  alaada a ar. 15


La apadad d ls trs létrs para trgar traaj, dpd d la atdad d alr qu puda dspar  u trval d tp dad. esta pérdda d alr, prpalt rsultat d pulsar ua arga íla uy varal, tal  la dl  , s uó dl uadrad d la rrt : Pérdidadecalor=i2xR.

c la arga prpral s parja y ur (qu rsulta  ua rrt prpral, s aja y ur) s gra ua atdad r d traaj dad  l vstag, prtd así qu l tr traaj s tt.

moTorEs ElécTricos e ls aps ptrlrs,  gral s usa ds tps d trs para l aat d las udads d b (Aib):

Et T a mt e aet cbt te  G  de

exst ua vardad d órulas para dtrar la pta rqurda  ua stalaó d b m. La ayría s píra y  s ajusta a la raldad, pr jar ts d sgurdad varals. e la prta s ú trars  trs qu traaja srdsads  uy sltads. Ua rula prpusta s: Pot.(HP)=RC*GPM*S/250.000 RC:Rangodecargas:CMáx.–CMín.

GPm: Gpe p t s: ce

16

Mac cceptua // Cañea e pucci  tuig

ceí e p  tbg Las luas d tug (turía d prduó) upl varas us, tds las s prtats: 1. Prtr qu pr su trr asda l fud prsad pr la ba d Pru-

ddad. 2. Prtgr al asg dl r  las varllas d . S  l tug a vs s uv, la supr d tat s ayr, prlgad así la duraó dl asg. el vt dl tug s pud aular, stalad u ala d tug. 3.Prt vauar pr l spa aular (tr asg y tug), l gas lrad y qu  s prsad pr la a. 4.Prt tuar ds d vl  ótr  slg, pr l spa aular. 5. Falta las pras d psa d las varllas d  y/ a. el spa aular tr tug y varllas, prt guar y tralzar l put d psa y psadr. 6.At la psldad d xtrars l tug  l qup d pullg, pud rvars paral  ttalt pr dtrr. Prt prudzar  lvatar la a sgú ls rqurts d xtraó. 7. Prt rprar lts auxlars  sr: zapat pl, ltrs para ara, sparadrs d gas, ala d tug, pakr d prduó, añs raurads t. Si bien el bombeo mecánico se caracteriza por el uso de varillas de bombeo, éstas orman con el tubing un conjunto indisociable.

Ads d star asads  l prs d xtraó,  ada l d  s trasr l ps dl fud, tr ua y tra arrra. Las nras APi 5.A tpla las aratrístas dsals, tp d atral y prpdads ísas  rsstts d ls tus y las us. Ls dtrs prd: ¾”–1”–1.1/2”–2.3/8”–2.7/8”–3.1/2”–4”–4.1/2”(D.Exterior–pulg.)

Ls s usuals: 2.3/8”–2.7/8”–3.1/2” e l rad s utra varas aldads d ar  qu s ara, xstd ls grads: H- 40, J- 55 , c- 75 , n- 80 , P- 105 U tug J-55 sga qu l lít lst s 55.000 ps (3.850 Kgr/2).

17


análisis y comPorTamiEnTo dEl TuBinG e la prta y  sua d las us qu dspña  pzs d ptról las añrías d  (tug), s sar str a lul ls dvrss surzs a ls qu s las slta, sd sts d varada agtud. etr ls s sgatvs pds dstaar ls surzs d prsó radal qu prva aplastat (laps), prss tras, surzs d traó, fxó y trsó, ls qu adqur grads agtuds a dda qu auta la pruddad dl pz. e st as s rrrs a ls surzs d traó  ls tus y las jutas, qu para garatzar l rrt prtat dl jut, s ha rad dvrss grads d ar, así  ralqus y rsas uys valrs ís d rssta s da d aurd a l stald  ras APi bUL 5c3; APi 5A; APi 5AX.

ce e  p te e bbe e (Guía Nº:1 y 2)

a) el vl dl fud s l sdra a la pruddad d  a ts d ralzar l lul  las ds s dsavrals. ) S sdra la rssta d la juta  uó d la tsó ía d fua. ) S sdrara para l alss, ls grads d ar d us rrt y spal  taé la dgradaó d tug pr rupraó. TuBinG Grado I (material nuevo) Grado II (material recup) Grado III (material recup)

soliciTación 100% espesor de pared 80% espesor de pared 65% espesor de pared

c ls dats aprtads pr ls prtajs d sltaó d ada grad, s dtra l spsr d la pard dl añ ruprad usad  patró l spsr dl añ uv  grad i. * TUBING

GRADO I

GRADO II

GRADO III

2.3/8”

4,85

3,86

3,14

2.7/8”

5,51

4,41

3,58

3.1/2”

6,45

5,16

4,19

c dats d trés alulas las ras aulars d ls tug para ada grad d rupraó usad la sgut uaó: A=0,7854*[D2-(D-2e)2]

Dd D: Dtr xtrr  al dl añ () : espsr d la pard dl añ () A: ára aular dl tug rsultat (2) 18

Mac cceptua // baas e me

B e bbe D tds ls pts d ua stalaó d  m, la sarta d varllas s la qu rg,  ayr t, l rdt dl ssta, ya qu d aurd al ayr  r strat, d la arrra ta dl pstó (Sp) y d ésta dpd l audal d xtraó: La prduó a xtrar s: Q(m3/d)=1,44*Sp*Ap*GPM La arrra ta val: Sp=Saib–Ebb–Etb+O sp: Carrera neta del pistón. ap: Área pistón. GPm: Velocidad bombeo. s b: Carrera del AIB. E bb: Estiramiento barras. E tb: Estiramiento tubing. (=0 si tiene ancla) o= Eecto de sobrerecorrido

Las nras APi (Sp. 11 b) tpla las aratrístas gétras y las prpdads rsstts y quías para las arras d  d us ptrlr. n stat xst trs tps d varllas aradas sgú dsñs  tratats spals qu s r  l rad para ass spís. ej.: varllas d ra d vdr, d ars spals para alta rssta, t. Las varllas d b (Sukr Rds), ls trzs (Py Rds) y las uplas (cuplg) s ara  u apl rag y usad drs étds y tlgías. Dtrs d varllas usads: 5/8”3/4”7/8”1”1.1/8” Grads  caldad dl matral: c

K d

D aurd a la psó quía, las arras s dvd  ds grads grups: 1. ae  b-ge: el agas td a har al ar s quradz. 2. ae e aee: estas alas td a: Autar la durza, sldz y rssta a la rrsó. Frar struturas d gra . otr jrs rsultads  ls tratats. • • •

Grado “C”: Ar al ar-agas rdad para srv da 

pzs  rrsvs  fuds ps rrsvs. Grado“K”:Alaó d ar al íqul-ld, rdad para srv -

da  pzs  fuds rrsvs (co2, H2S- Ahídrd aró y sulhídr). Grado“D”: Alaó d ar al r-ld, rdad para srvs p-

sads  pzs rrsvs   fuds p rrsvs. 19


GEomETrÍa dE la varilla

b D

u D

s W

f D

p D

We

Las argas rals a las qu st stdas las sartas d varllas  ada l d  s: Carga Máx = (Pbba + P ) * (1 + a) Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a)

Pbb = Peso de barras en el aire P = Peso del fuido Pbs. = Peso de las barras sumergidas  = Factor de aceleración

Las tss rals (surz d traó) st dadas a su vz : Tensión Máxima: Máx = Pmáx / Secc

se: Sección o área de la barra Tensión Mínima: Mín = Pmín / Secc

disEño dE sarTas dE varillas exst ds prdts para dsñar ua sarta d varllas:

1) ig e Tee Hace trabajar a la varillas topes de cada tramo, cualquiera sea su diámetro; a la  te, es el método más usado.

2)TensiónMáximaAdmisible:

Γ1=Γ2=Γ3,Γ=P/A

Hace trabajar a las varillas al máximo, permitiendo sartas más livianas y económicas, pero su estiramiento es mayor. Usado en casos particulares.

(p/ sarta triple)

A=P/Γmáx.

mte P: D ar tdas pr laaó  alt. “Sukr Rd Qualty” aldad dl ar (za la dauraó y ls dts suprals). Ttet T: nralzad ttal (pr a d Ac3, lug d l ual s tdr ua strutura prlíta rríta). Rd surít ( rvd). Sht pg”: bard  graallas d ar (lgra ua az lpza supral, lad saas y pquñas prs, r a las ras xtrrs d la arra u rt tsad, qu truy a u aut d la rssta a la atga. •

• •

20

Mac cceptua // baas e me

VarillasnonormalizadasporA.P.I: Varllas d alu y varllas d ra d vdr

(prs d pltrusó).

v t ete: Su arat  garatza valrs d rssta xa a la traó  lít d fua, s qu garatza ua tsó xa adsl d traaj tu d 50000 ps (35,15 kg/2)  ualqur d. e rsu: El diseño o plan de la columna de varillas para un pozo en extracción por bombeo, es un arreglo entre la cantidad de trabajo a realizar y el costo de este trabajo en un período de tiempo.

muhas psldads s psls d tplar  l dsñ d la lua: aó d pruddad d , dss dl añ d , atdad ttal dl fud, dda d la a y su dsñ, vldad d , lgtud d la arrra, dda d la udad y aó d dtrs d varllas. Alguas pud ptzars para las ds xstts dl pz  l t d utlzarls  l yat  utlzad xpras y luls tórs. Ua gra vardad d dsñs, st dada  la nra APi-RP11L.

21


c e e e bbe p e te e  reee pt est ssta s razalt sgur pr l t d las ds dl pz y pud sr dad pr xtsó d las ds xtrrs. el lul d argas para st ssta d dsñ, pdr sr parad a la arga xa psl a adtr pr la sló d la dda y grad d la varlla d  d aurd a l dad  DiAGRAmA De GooDmAn moDiFicADo SobRe TenSioneS ADmiSibLeS Y RAnGo De TenSioneS. Vr APi-RP11bR. ests dagraas da dsñs razals  l lít d arga d las varllas d  dadas las ds d traaj. est asads  l lít d atga d las varllas d  d ar, parads  la pra d vda xprtada  l yat.

see e v e Bbe: Lug d das las argas y d valuar las aratrístas rrsvas d ls fuds dl pz, s slar l tp d varlla s aprpad, usualt, sta sló sst  u prs d say y rrr qu dar  rsultad ul s l atral rqurd para las argas y la psó quía d ls fuds.

Fte: 1.CapacidaddeCarga (Dagraa d Gda),  u at  rrsv tór-

at xdr ls 10 lls d ls d . La vda útl dsuy drstat  ausa d dsñs prs, stalas aprpadas, ala apulaó d las varllas, ats rrsvs. 2.Ambientesdetrabajo (aratrístas d ls fuds). ctrl y tr d fuds dl pz. c rgla gral.  % d agua > 20% dd l fud prdud star  as ausa  gtas d ptról, s pud prdur ahas d pérdda d atral (pttg), l ual rsultar  ua alla. otras ds qu taé rsultar  allas s: cuad l SH2  agua s utra a prss parals > a .05 Ps. (0.0034 at). cuad l co2  agua s > qu 200 pp. cuad l ttal d lrurs s > qu 5000 lgras / ltr cuad s haya prst xíg  ualqur prpró. cuad la tpratura d d s > qu la tpratura at  supr. cuad l PH dl fud s < qu 7.0 cuad l ttal d sólds s arasv y ayr d 100 pp y la vldad dl fud s alta. • • • • • • •

3.Ataquescomunesporcorrosión: s saas, xíg, lrurs, atra, co2

y d. 22

Mac cceptua // Ccu e iseñs e me p e sistema e vaias

Escamas (sal): Pud sr quías, rgas  rgas dl fud prdud qu

s adhr a las varllas. Prdu saas y/ dsgasta l atral  zas spías, ausad así ua za  dral d ptal dd pud zar la rrsó. ej. Óxd d hrr u xdaó, So4ca  ys, So4ba (4) Oxígeno: za  l o2 dsult  agua salada. S aras p prudas y

ahas. el ataqu s rpd.

(4) Química: Conceptos de inorgánica: suluros, cloruros, PH.

Cloruros: el ataqu gralt s prud, d as plaa  rds rrgulars.

S v avrd  lugars dd la traó d o2 s aja. SH2: s alatr y dsad sr la supr d las varllas. La raó d SF

 rsultad dl ataqu dl H2S y agua s u prla sudar d rrsó. Bacterias Sulatoreductoras: Las las dd r td a sr asladas.

cuad s lpa la as dl ataqu ustra últpls rajaduras pr ragldad prdudas pr l SH2.

23


F e b e bbe A tuaó s dtalla algus tps d allas s us:

Ftg Todas las allas en las columnas de varillas de bombeo son indistintamente por esuerzos de tensión o allas de atiga .

e la Fgura nº 1,  la tad suprr d la ara rta, s srvar ua supr lsa pulda. Auqu la arga aplada s dstruy aprxadat gual sr tda l ra d la só d la varlla,  ua supr dañada s rdu la só, pr l qu s rtar la arga  tsó sr la sa.

Figura Nº 1

c e la Fgura nº 2, s ustra ds ausas d allas d atga. el d la zqurda satiga por corrosión.

Figura Nº 2

24

Mac cceptua // Faas e aas e me

sbeg e la Fgura nº 3, s da ds allas atrudas a srargas  la varlla  dsñ dt.

Figura Nº 3

me Estos son ísicamente producidas por el manipuleo o apriete, o causados durante las operaciones de la columna de varillas en el pozo.

db S l urp d la varlla s gradualt arrastrad arquds,  urvds s qu st, ésta  dr ajars  luas qu sté stdas a argas altas. el jpl d la Fgura n° 4 da u dlad  trd  rad rt. cada dladura pud rgars uad s ta la varlla pr ls xtrs, tdd a dlars  l d. Figura Nº 4

25


Flexión

Las allas pr fxó s prdu pr l vt d la lua d las varllas durat l l d . Las varllas  s srva pratt dladas, auqu l prla s prdu  la lua  vt. e l jpl d la Fgura n° 5, s srva ua ratura pr tsó d atga a l ah d la varlla s arasó.

Figura Nº 5

Las ds d allas s prdudas pr vldad  aduad rég d . el jpl d arra, d la Fgura n° 5, da l s tp d dañ qu  l ra dl urp, pr  la za d ralqu. La mitad de las allas de las varillas de bombeo se deben a daños mecánicos.

d e  pee Ua rtura a  la supr d la varlla d   upla, pud ausar ua alla. e la Fgura n°6, s da urps qu prsta allas pr suprs dañadas. el grad d la arga, pruddad y rtaó dl dañ y las ds qu rda al pz, dtra ó s pud dsarrllar las allas.

Figura Nº 6

26


degte El desgaste sobre la columna de varillas de bombeo es la pérdida de las superfcies de metal por contacto con la cañería de bombeo.

el dsgast prdu allas pr rduó d la só rsstt xpd uvas suprs d tal rrsls, ls uals alrar l ataqu d la rrsó y allas  las us d pat y dañs a ls tps. La Fgura n° 7, dustra ua uó dd l dsajust ha lad atral. Dsgast  st tp ua dría urrr.

Figura Nº 7

e la Fgura n° 8, s da ds tps d dsgast  l urp d varlla d . el jpl d arra da l dsgast dl urp pr arasó. el jpl d aaj ustra u dsgast d rrsó-arasó, dd la plíula dl hdr d rrsó s ha rt y l tal qudó xpust a la rrsó.

Figura Nº 8

27


E  e (cp - mh) El número de uniones allidas puede dividirse entre cuplas y machos.

S la atdad d tsó aplada al ah y l rsultad d la arga d ró qu s rga tr la ara dl ah y l tp d la ara d la upla qu s prdu pr l aprt, s at durat l l d , la uó  tdr allas. S pr l trar stas ds  s satsa, pud urrr ua d las uatr allas qu s rga  las us. el prr tp d allas s l dsrsqu d la uó. La Fgura n° 9 da ds tps d allas dl ah. el jpl d la zqurda s la alla s ú. La Fgura n° 10 ustra ds ausas qu prva allas  las uplas. La d la zqurda, da ua alla pr aprt rrt  s   s. el jpl d la drha  la Fgura n° 12 da la aó d la sura  la ara xtrr d la supr prgrsad dl trr haa la rsa, y la tsó d ratura s dsarrlla  td l prítr d la upla.

Figura Nº 9

Figura Nº 10

28


Las paduras d rrsó sr l ah  la supr d la upla sr ausas d allas d atga pr rrsó y alrar las tss as, ausas d allas. e la Fgura n° 11, s da ls ts d u sraprtad  ls ahs y uplas d uó. el ah d la zqurda u rsad  ua llav d pdr. La indicación de un excesivo apretado se observa por la deormación concéntrica del tope macho de la varilla, por el apriete contra el tope de la cupla.

Figura Nº 11

c part dl prdt d aprt, spr xst la psldad d qu las rsas s gra d aurd a l dad  la Fgura n° 12.

Figura Nº 12

c El ataque por corrosión a las barras de bombeo provoca allas que representan el 50% del total de las mismas y contribuyen a otras allas de tensión y abrasión.

Las allas as llaadas atgas d tsó pr rrsó, s prdudas pr la traó d arga  paduras pr rrsó. 29


ite Las rustas, tals  óxd d hrr, sulat d al,  ys, sulats d hrr y arat d hrr, dr sr vtads, pr uat al tars sr las arras, llas rdu la tvdad d ls hdrs quís. e la Fgura n° 13, s da varas dspss d rustas. el jpl dl tr s la hrrur rada pr la hudad  l d dl pz. esta hrrur  st sldada y s lt saada pr arasó, l ual ha qu la ara ua vz rtrada la hrrur sa rpdat ataada. La hudad ataa gralt a tda la supr. el agua d raó  alt td d sal s la qu ataa s rpdat. el jpl d aaj s ua rustaó grusa d sulat d al.

Figura Nº 13

Oxígeno

La Fgura n° 14 da la rrsó prduda pr l xíg dsult  agua salada. Las paduras s d as aha, y las sas td a ars uas  tras. c l xíg rta su traó al ars  gass ds y lrhídrs, l prla d la rrsó s rta uh.

Figura Nº 14

30


SulfurodeHidrógeno

e la Fgura n° 15 s v las aratrístas d las paduras prvadas pr l sulur d hdróg. Las paduras s prdu al azar, y s spar sr la supr. Las ass d las paduras s rddas y las pards prudas. Las paduras s saha haa aura. Las suprs d las paduras y d la varlla, s ar  rustaó grusa d sulur gr, l ual taé rr l ar. U trr as d rrsó s la ragldad qu prdu l hdróg, l ual ausa allas  rturas qu t aras apartt quradzas.

Figura Nº 15

Bte e la Fgura n° 16, s pud vr l ataqu d atras uy us  l d dl pz y la la r sr la supr dl ar  ausa d luz y ar. Las picaduras son anchas y siempre tienen múltiples roturas en la base de las mismas.

estas últpls rturas rsulta dl hdróg lrad pr l sulur, pr l prdut d las atras, dd a qu  su ra d vda rr y prdu ragldad  la supr daj d la la.

Figura Nº 16

31


ahí e b e la Fgura n° 17 s da paduras típas d dóxd d ar. estas paduras t as rdda y las pards d prraó  rds aguds y las sas s lla d arat d hrr. Las paduras s trta  ra lgtudal  ras atódas alrddr d las lías d paduras. el gas dóxd d ar ra d aró uad l agua t aj pH y st d ataa uy prgrsvat al ar.

Figura Nº 17

á Ls ds lrhídr y sulúr s ra  l d dl pz y  la Fgura nº 18, s da vars jpls d rrsó típs  la raó d paduras prudas pr ataqus d ds. n s ra rustas  las paduras.

Figura Nº 18

G La rrsó galva s prdu  rsultad d ur ds atrals drts. muhas vs ls atrals s patls. Pr  la Fgura nº 19 s lustra l ataqu  ua upla d ar al ar y la varlla arada  ar alad aj rtas ds dl fud. Las ras s pquñas d ar al ar s sara a xpsas d las ras ayrs d ar alad. 32


Figura Nº 19

Eet Las ltrólss s prdu pr rrts létras dudas  d dsprsó qu fuy d la lua d la Varlla d b. La padura rsulta d ra rrgular y usualt  u   la as d la sa. Aduada pusta a trra d td l qup pud ayudar a trlar st dañ. e la Fgura n° 20 s da stas paduras y l rsultad d stas allas.

Figura Nº 20

ab e la Fgura nº 21 s da l rsultad d las rturas qu prdu l gas qu llva  sluó atrals sólds, ls uals prdu rts sr la supr d las varllas. Aprdd a rr las ausas d las allas d las varllas, qus pra  pzs d  d har qu l ssta sa s ó y rtal pr la rduó dl tp prdd  la prduó.

Figura Nº 21

33


Bb e p DesignaciónA.P.J.

Bb  prfu tr  pt mtál Tipo de BomBa

designación Barril de pared gruesa

Barril con liner

Barril de pared fna

Bb rtbl: Barril fjo asiento superior

RHA

RLA

RWA

Barril fjo asiento inerior

RHB

RLB

RWB

Barril móvil asiento inerior

RHT

RLT

RWT

Bb  tub

TH

TL

xx

xxx x

x

x x x x Longitud de extensiones del barril ( pies) Longitud de pistón ( pies) Longitud de barril ( pies)

T  at: C: Asiento a copas M: Asiento mecánico

Ub at: A: Asiento superior B: Asiento inerior T: Asiento inerior barril móvil

T  brrl: H: Pared gruesa L: Con liner W: Pared fna

T  bb: R: Insertable T: Tubing pump

dátr  t: 125

1.1/4“

150

1.1/2“

175

1.3/4“

200

2“

225

2.1/5“

275

2.3/4“

dátr  tub:

34

20

2.3/8“ OD

25

2.7/8“ OD

30

3.1/2“ OD


dtt tp e bb Bb

U

Vtj

dvtj

Tub

Pozos sin gas no muy proundos

Máx. Desplazamiento Robusta

Sacar tbg. p/cambiar barril. Gran espacio nocivo. Cargas elevadas

Brrl mvl

Pozos con arena, no muy proundos, sin gas, bombeo intermitente

No se aprisiona (Mto. barril) No entra arena en la bomba. Ambas jaulas abiertas (> pasaje). Presiones ecualizadas.

Elevada caída de presión entre pozo y cámara (tubo). Válvula fja pequeña. Tubo pandea c/cgas. altas.

Brrl et. al. frr

Pozos proundos, de bajo nivel estático, con gas

Presiones ecualizadas: Entrada cercana a vál. De pie. Vál. Pie > barril móvil. Reducido espacio nocivo

Se aprisiona con arena al detener el bombeo. Se aprisiona al rearrancar en bombeo intermitente.

Brrl et. al. surr

Pozos con arena, no muy proundos Con gas

Arena no deposita s/anclaje

Presiones no ecualizadas. En bombeo intermitente la arena ingresa a la bomba.

35

ExPlorACIón Y ProdUCCIón dEl PETrólEo: boMbEo MECánICo

Denicióndecontenidosyactividades: S d a tuaó uls sr ls tds qu surg dl dsarrll dl Fasíul ”explraó y Prduó d Ptról: b m”.

36

cte

ate

Producción: Bombeo Mecánico. (Guía Práctica 1).

Cálculo de los parámetros que gobiernan el diseño de un sistema de extracción mediante bombeo mecánico.

Producción: Diseño del tubing (Guía Práctica 2).

Diseño del tubing en el caso de un sistema anclado con tensión.

BiBlioGraFÍa

Tenaris. 1990) “Seecci e Tuig y Casig” K. Moore. 1981) “Aisis e Faas e vaias e me”. Tulsa, USA. Marcelo Hirschfeldt.

mas Caviaes Pgesivas”. Oilproduction.net

Chuck Norman. “recupeaci Secuaia”. Tiorco Inc Wood Group. ESP  the Peteum Iusty”


GuÍas PrácTicas GUíA n° 1

Pucci: bme mecic

Objetivo: calular  aula ls partrs qu gra l dsñ d u ssta d xtraó dat  .

Fet: c s ha vst, l rsultad al d la traó d u pz s la ó dl “ qua d Pz”, dd st ls dats dl aprt d ada ua d las apas qu l gólg sdró d trés prdutv. hra s l tur dl i gr d Prduó para dsñar ua stalaó qu sa apaz d xpltar l ptal dl pz. est prs luy l dsñ d tds ls lts qu p l ssta d xtraó artal, a sar: lul dl ptal dl pz, tug, sarta, a, Aib y tr.

Peb:  sta guía s valuar l ptal dl pz y trs luls d trés.

1148/1152

3000 l/h ASF N: 600 m, Sal 8,0 ppm, Temp.: 42 ºC Se cementó con 20 bolsas P. inicial 800 psi, P. final 1400 psi

1207/1211

2100 l/h PF N: 820, Agua: 3%, Sal 7,0 ppm, IT: 3%, Dens. 0,875

1245

Dispositivo de 2º

1687/1699

900 l/h PF N: 1200, Agua: 25%, Sal 6,0 ppm, IT: 28%, Dens. 0,910, Arena y barros: 3%

1793/1796

S/E. Se probó admisión con 1900 psi. No admite

Dispositivo de 2º 2131/2134

300 l/h ASF N: 2010, Sal 8,5 ppm

2157/2159

S/E. Se probó admisión con 1800 psi. No admite

Zto: 2188 m

38

Collar: 2178

Guas Pcticas

1. Cálculo del Potencial del Pozo: Dl squa sgut dl pz PX 1 dtrar

 3/día l vlu d fud a lvar a supr.

2. Aparato Individual de Bombeo

a) c s dta u Aib ? ) Dsra ls tps d palaa y a qu las d Aib rrspd ada tp. 3. Torque: Dtrar l trqu tór s dsps d u Aib c228-D173-74 y pr

luls tórs sas qu: Carga máxima: 7123 kg.

Carga mínima: 2543 kg.

. Potencia: c ls dats dl put atrr y  ua vldad d 8GPm dtrar

a pta dl tr létr. 5. Velocidad: S qur xtrar u audal Q d 40 3/día. S uta  u Aib c228-

173-74 y ua a uy dtr d pstó s 1,75”. Dtr la vldad dl parat (GPm).

39


GUíA n° 2

Pucci: diseñ e tuig

Objetivo: Dtrad l dtr ópt d prduó, y s l ssta s alad  tsó ya a ala  pakr, l dsñ s tra u p s plj qu l vst  las ds d alul d tug lr.

Fet: Para ralzar l alss d sló s ta u ssta d js rdads  l ual pdrs dstrur rrtat ls grads d ar y grads d rupraó dl tug para ada as  partular, td  dats ls surzs d alaj y l prp ps d la añría pudédsla sdrar vaía   fud. Tars u jpl d dsñ para srvar las varals qu trv  l lul. EJEMPLO:Pozo:P.X.1

Dats: P e tbg: 2.850  P e t e : 2.800  det e tbg: 2.7/8 “ Te b e eege: 16 T Pe eí  f = 2.800  * 12,7 Kg/ = 35.560 Kg

de: Ds dsñar u tug qu sprt l x d surzs rqurds luyd l lrad d rga dl ala. Para tal  tdrs u surz ttal d: ESF. TOTAL = 16 Tn + 35,560 n = 51,560 n

Dsñars l tug para u surz aprxad d 52 T. c st valr d 52 T s suprr al d rssta (Pj) dl tug J-55 Grad i (TAbLA 1), drs utlzar ua aó qu aprtar s rssta al surz. ¿có dtras ul s la pruddad a la qu ds tuar l a d grads d ar y d rupraó? S struy u dagraa d rdadas dstruyd  asas la rssta Pj dl tug  ls dats d la TAb A 1, y  rdadas la pruddad d aurd al gr 1. S dta ds puts (a y ) qu s u  ua srta qu rprsta las argas a dsttas pruddads.

Pt : (16,2800) e l ala s sta tar  16 T  as d lrad d rga. Pt b: (52,0) 400

a d pz ts qu tar  52 T d rssta.

Guas Pcticas

S u sts ds puts  ua srta, y  ls rts rrspdts a las rsstas d ada tug ralzas ls as.

Resistencia (Pj) (Tn) 10

20

30

40

50

60

70

b (52:00)

1000

2000

a (16:2800) 3000 2.7/8” J55 GIII 2.7/8” J55 GII 2.7/8” N80 GIII 2.7/8” J55 GI

Profundidad (metros) 2.7/8” N80 GII 2.7/8” N80 GI

Ua sló rrta s: D D D D

2.850 1.700 1.200 650

a a a a

1.700 ts. 1.200 ts. 650 ts. a pz

usar tug usar tug usar tug usar tug

J-55 J-55 J-55 n-80

Grad iii Grad ii Grad i ó n-80 Grad iii Grad ii

e t tp d sló st dad al alss rsstas y valuaó óa dl t. Pdrías agrgar  ds aú s dsavrals d dsñ, qu l tug ads d star sprtad su prp ps s l dl fud, sprt taé ua arga xtra dda al aprsat d a  arras d   a ua spl psa d arras, pr l qu ds asur u valr aú ayr d xga dl tug. PESOTOTAL=Pesotubing+Pesouido+libradoemergencia+Pesobarrasbombeo

c st valr d ps ttal dsñars l tug. 41

MANUAL2_FYPF_BombeoMecanico

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