bombeo mecanico - ing. petrolera

1. Bombeo mecánico y
bombas reciprocantes
Ing. Yamil Eid M.

2. Consideraciones generales
El sistema bombeo mecánico consiste esencialmente en cinco partes:
 La bomba de succión de subsuelo, impulsada por barra.
 La cadena de succión con barra, la cual transmite el movimiento
de bombeo superficial y la energía a la bomba de subsuelo.
 El equipo de bombeo de superficie, el cual convierte el movimiento
rotatorio del motor primario a un movimiento de bombeo
oscilatorio lineal.
 La unidad de transmisión de energía o reductor de velocidad.
 El motor primario, el cual provee la energía necesaria al sistema.

4. La cantidad mínima de información que debe ser conocida o
asumida, para determinar cargas aproximadas y
desplazamientos para el diseño de la unidad de bombeo de
succión con barra es:
 Nivel de fluido
 Profundidad de la bomba
 Velocidad por minuto en stroke (carrera) por minuto
 Longitud de superficie de carrera
 Diámetro de embolo de bombeo
 Gravedad especifica del fluido
 Diámetro nominal del tubing y si esta anclado o no.
 Diseño y dimensionamiento de la barra de succión
 Geometría de la unidad

5. Con la información necesaria, el diseño puede
calcular con algunos grados de confiabilidad, los
siguientes datos:
La carrera del émbolo
El desplazamiento de la bomba
La carga pico de la barra embolada
El esfuerzo de torsión máximo
 los HP de la barra embolados
Contrapeso requerido

6. Bombas de succión de barra de
subsuelo
La clasificación estándar de
varias combinaciones se
encuentran en las practicas
recomendadas de la API -11AR.

8. Selección del tamaño de bomba
Desplazamiento teórico de la bomba
El desplazamiento teórico de la bomba esta dado por el tamaño del embolo y por
la combinación dada de la velocidad de bombeo y por la carrera, puede
determinarse como:
 Sistema ingles
Donde:

9.  Sistema internacional
Donde:
Esto se aplica si se define una constante de bomba como:
Donde 𝐴 𝑝 es el área de embolo (en pulgada cuadrada)

11. La efectividad de la carrera del embolo es aproximadamente el 80%
de la carrera de superficie, por eso la ecuación puede ser reescrita
como:
 Sistema ingles
Donde S es la carrera en superficie en pulgadas
 Sistema internacional
Donde S es la carrera en superficie en metros

12. Dimensionamiento recomendado de
embolo

13. Problema N°1
Una bomba se va a ubicar a un nivel de fluido de trabajo a 4 000 [ft]. Se
desea un valor de 400 bbl/día en superficie.

14. Velocidades de bombeo
maximizar la vida de la barra de succión viene de
minimizar las velocidades de bombeo, porque una carga
máxima, rango de carga y la velocidad de bombeo son
directamente proporcionales. Elegir una carrera y una
velocidad lenta como la unidad y el motor primario
permite la producción deseada.
Se puede determinar la velocidad permisible mediante
una grafica basada en una caída libre de barra máxima
del 70 %.

16. Barra de bombeo
La barra de bombeo es un sistema vibratorio que
transmite la energía de los equipos de superficie a la
bomba de subsuelo. La selección de la barra de bombeo
depende de la profundidad del pozo y las condiciones de
operación.
Para pozos con profundidades mayores a 3500 ft, es una
practica común usar una barra cónica que consiste en
diferentes longitudes de diferentes tamaños de barras.

17. Propiedades mecánicas
La clasificación de la API de propiedades mecánicas es:

18. Factores de servicio
El estrés máximo permitido de una barra de bombeo depende del servicio.
Consecuentemente un factor de servicio debe ser aplicado.

19. Datos de barra de bombeo
Las barras de bombeo son surtidas según las siguientes características:

20. Carga máxima de barra
Para estimar la carga máxima se utiliza la siguiente formula:
 Sistema ingles
 Sistema internacional
Donde:

21. Carga mínima descendente
Rango de carga, siendo el único factor indeterminado de
tres factores que controlan la vida de la barra de
bombeo, debe ser calculado. Asumiendo un movimiento
simple y harmónico y substrayendo el factor de
aceleración que fue aplicado en la carrera ascendente y
la fuerza de sostén en la barra, se puede aproximar de
manera tosca con:

22. Carga mínima descendente
 Sistema ingles
 Sistema internacional
Donde:

23. Efectos de la carga máxima, mínima y
la velocidad
 Los tres factores en la vida de la
barra de bombeo, relacionados
como están, deben estar definidos
por limites para realizar los cálculos
precedentes.
 La carga máxima y el rango de
carga esta conectado a través de
la aplicación de los valores del
máximo trabajo de carga a
condiciones promedio y la
experiencia.

24. Selección de Juntas
Un paso muy importante es la selección de juntas. Las practicas
recomendadas por la API listan las juntas según el valor de torque

25. Unidades de bombeo
Tipos
Todas la unidades de bombeo mecánico geométricamente caen en dos
grupos:
 La clase I, sistema de palanca, con geometría de empuje hacia arriba,
reductor de velocidad montado al frente, el cual es representado por una
unidad convencional. Es la unidad mas común.
 La clase III, con geometría con empuje hacia arriba con reductor de
velocidad montado al frente, el cual esta representado por un balanza de
aire, y unidades de Lufkin Mark II, donde el punto de apoyo de la palanca
esta ubicado en la parte trasera de la barra.

27. Características
de desempeño
cualitativo de los
diferentes tipos
de unidades

28. Selección
La selección del tamaño apropiado y el tipo de unidad de bombeo, esta
basada en las condiciones de pozo y requerimientos de producción.
El tamaño de la unidad de bombeo esta especificada por el rango de torque
del reductor, la longitud de carrera y la capacidad de la barra.
carga de la varilla pulida
Donde:

29. Contrabalancee (CB)
Torque pico (PT)
Donde:
Energía promedio de entrada
 Sistema ingles
 Sistema internacional
Donde:

30. Energía de entrada del motor primario
 Sistema ingles
 Sistema internacional

31. Unidad de carrera larga
La unidad de bombeo de carrera larga esta en la forma de una columna
cilíndrica o de una torre cuadrada con dos poleas. La parra pulida cuelga de
dos cables. Los cables están enrollados alrededor de la batería de un
malacate y opuesto a dos cables, los cuales soportan el balanceo de
contrapeso. Todo se mueve por un motor que siempre va en la misma
dirección a una velocidad constante y dirige a un motor hidráulico
conectado con la batería del malacate por un desplazamiento variable de
bombeo. Un mecanismo de inversión alimentado por malacate automático
que gatilla la dirección en la cual el malacate rota hacia la barra pulida en
tope y punto muerto en el fondo.
El rango de bombeo puede ser de 0 a 5 strokes po minuto

33. Unidad de bombeo de gato
La unidad de bombeo de gato, utiliza un gato hidráulico para mover la
varilla. Consiste en un gato y un pistón conectados a la varilla pulida y al
selector de carrera en el eje del pozo. El gato esta conectado a la unidad de
alta presión de mangueras con:
a) Motor eléctrico
b) Una bomba hidráulica con selector de rango de bombeo
c) Una válvula de distribución con operador piloto para transferir el crudo de
un lado del pistón a otro.
d) Un tanque de crudo accesible por una válvula ponderada para el retorno.
e) Un acumulador de presión que actúa como contrapeso: durante la
carrera de subida que añade su efecto a la bomba hidráulica y se infla de
vuelta por la bomba durante la carrera de bajada.

35. Gracias por su atención