SISTEMA DE LEVANTAMIENTO CAVIDADES PROGRESIVAS
DIANA KATERINE SALAZAR FLÓREZ 2130715 GABRIEL EDUARDO PEREZ AYALA 2130743
Profesora MARÍA MÓNICA RINCÓN CAÑAS Ing. de Petróleos UIS
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS TÓPICOS EN EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN BUCARAMANGA 2014
CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 1.1 VENTAJAS 1.2 DESVENTAJAS 2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS. 3.1 EQUIPOS DE SUBSUELO. a) El Estator b) El Elastómero. c) El Rotor. d) El Niple de Paro e) Otros equipos de subsuelo (accesorios). 3.2 EQUIPOS DE SUPERFICIE. a) Cabezales de Rotación. b) Moto variadores Mecánicos. c) Motores reductores. d) Variadores de Frecuencia. e) Equipos Integrados de polea y correa. 4. COMPONENTES DE UN SISTEMA PCP 4.1 INSTALACIÓN TÍPICA 4.2 COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN DE FONDO 4.3 INSTALACIÓN DE SUPERFICIE 4.4 SISTEMA DE TRANSMISIÓN 4.5 SISTEMA DE CORREAS Y POLEAS 4.6 SISTEMA DE FRENADO 5. INTERPRETACIÓN DE ENSAYOS EN BANCO DE PRUEBA 5.1 EFICIENCIA Y ESCURRIMIENTO 5.2 EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA CAPACIDAD DE ELEVACIÓN DE LA BOMBA 5.3 EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO 5.4 EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA INTERFERENCIA ROTOR/ESTATOR. 5.5 6. CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LAS BCP. 7. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CAVIDADES PROGRESIVAS. 8. 9. CONCLUSIONES
9
BIBLIOGRAFÍA
10
INTRODUCCIÓN En siglo 20, para el año de 1932 el Ingeniero aeronáutico francés René Moineau desarrolló una serie de bombas helicoidales, de las cuales una fue llamada bomba de cavidad progresiva (PCP por sus siglas en inglés Progressing Cavity Pump) estableciendo una empresa llamada PCM POMPES S.A para la fabricación de la misma. Inicialmente estas bombas eran usadas como bombas de superficie para el bombeo de mezclas viscosas. Las primeras bombas de cavidades progresivas usadas en subsuelo se instalaron en Canadá en 1979 en pozos de petróleo con alto contenido de arena y presencia de crudos pesados (bajas gravedades API), sin embargo, hoy en día se utilizan igualmente en pozos productores de crudos medianos y livianos, especialmente con alto contenido de agua.
1. GENERALIDADES DE LAS BOMBAS PCP
El sistema de levantamiento artificial por cavidades progresivas debería ser considerado como la primera opción a considerar en la explotación de pozos productores de petróleo debido a su relativa baja inversión inicial, en cuanto a costos de transporte, mantenimiento, instalación y operación, además de menores impactos ambientales, en cuanto a contaminación visual y bajos niveles de ruido. Este sistema de levantamiento artificial ofrece características importantes para la industria petrolera permitiendo la extracción de un mayor porcentaje del crudo de un yacimiento, alcanzando una eficiencia típica entre 50 y 60%, además de ser el método de levantamiento artificial más económico si se configura y opera apropiadamente. Este sistema tiene la posibilidad de ser usado en yacimientos de crudos medianos y pesados, de bajas a medianas tasas de producción, así mismo en yacimientos relativamente profundos, además en la producción de crudos arenosos, paranínficos y muy viscosos, en pozos verticales, inclinados, altamente desviados y horizontales y pozos con alto contenido de agua, este sistema se constituye en una alternativa técnicamente apropiada para la evaluación del potencial de pozos o como optimización y reducción de costos.
1.1 VENTAJAS Dentro de las ventajas frente a otros sistemas de levantamiento artificial más destacadas se encuentran:
Habilidad para producir fluidos altamente viscosos. Habilidad para producir con un alto corte de arenas. Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre, debido a que no se bloquea. Ausencia de válvulas o partes reciprocantés evitando el bloqueo del sistema. Muy buena resistencia a la abrasión. Bajos costos de inversión inicial. Bajos costos de energía. Simple instalación y operación. Bajo costos de mantenimiento. Equipo de superficie en pequeñas dimensiones. Bajo nivel de ruido.
1.2 DESVENTAJAS El sistema de levantamiento artificial por cavidades progresivas además de las ya mencionadas ventajas también presenta características desfavorables en cuanto a las limitaciones en capacidad de desplazamiento y levantamiento de la bomba, dentro de las desventajas más destacadas están:
Poca experiencia en el diseño, instalación y operación del sistema. Capacidad de desplazamiento neto de hasta 2000 Bls/día, máximo de 4000 Bls/día. Capacidad de elevación neta de hasta 6000 pies, máximo de 9000 pies. Resistencia a la temperatura hasta 280°F, máximo de 350°F. Alta sensibilidad a los fluidos producidos ( los elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por un periodo de tiempo prolongado) Opera con bajas capacidades volumétricas cuando se producen cantidades de gas libre consideradas (evitando la lubricación) Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por periodos de tiempo relativamente cortos. Desgaste de por el contacto entre las varillas de bombeo y la tubería de producción puede tomarse un problema grave en pozos direccionales y horizontales. La mayoría de los sistemas requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba. Los sistemas están propensos a altas vibraciones en el casos de operar con altas velocidades requiriendo el uso de anclas de tubería y estabilizadores o centralizadores de varilla de bombeo.
Aun así estas limitaciones están siendo superadas cada día con el desarrollo de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y el diseño de equipos, teniendo en cuenta que este sistema es los más recientes que se han usado en la industria petrolera.
2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Está compuesta por dos piezas longitudinales en forma de hélice, una que gira en contacto permanente, el rotor, dentro del otro que esta fijo, el estator, formando un engranaje helicoidal. El rotor es accionado por un sistema impulsor en superficie el cual transmite el movimiento rotativo a la sarta de cabillas que a su vez se encuentra conectado al rotor. El estator que es estático, constituido por una camisa de acero que contiene internamente un polímero llamado Mejorada de: www.oilproduction.net elastómero de alto peso molecular con capacidad de deformación y recuperación elástica. Este elastómero esta moldeado en forma de hélices enfrentadas entre sí. El estator y el rotor no son concéntricos, el movimiento del segundo es dual combinado, es decir, uno sobre su propio eje y otro alrededor del eje del estator. El rotor es de forma helicoidal de n lóbulos y el estator de n+1 lóbulos también de forma helicoidal, esta geometría del rotor y el estator está diseñada de tal manera que hay una interferencia que crea una líneas de sello que separa y definen las cavidades. Imagen 1. Posición del rotor y el estator en una bomba de lóbulo simple
u n o
C a d el
rotor gira en el interior del estator estas cavidades se desplazan axialmente, es decir, en un movimiento combinado de traslación y rotación que se manifiesta en un desplazamiento helicoidal de las cavidades desde el fondo del estator hasta la descarga (succión). En conclusión, este “desplazamiento de las cavidades” es lo que hace que el fluido que va en dichas cavidades fluya y se desplace con ella.
2.1 GEOMETRÍAS EN BOMBAS PCP Existen dos grandes grupos para clasificar las diferentes geometrías de bombas PCP donde cada uno relaciona el número de lóbulos del estator y el rotor. Estos grupos son los singlelobe y los multilobe, el primero es de geometría 1:2 y el segundo de geometría 2:3, 3:4, siendo el primer número la cantidad de lóbulos en el rotor y el segundo la cantidad de lóbulos del estator. Imagen 2. Tipos de rotores y estatores dependiendo la geometría
