1. BOMBEO MECÁNICO
AYERIN FERNANDEZ C.I:20.777.876
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Escuela de Ingeniería en Petróleo
Asignatura: Producción de Hidrocarburos
3. No se recomienda en
pozos desviados y
tampoco es
recomendable cuando
la producción de
sólidos y/o la relación
gas – líquido sea muy
alta, ya que afecta
considerablemente la
eficiencia de la bomba.
El Bombeo
Mecánico Convencional
tiene su principal
aplicación en el ámbito
mundial en la producción
de crudos pesados y extra
pesados, aunque también
se usa en la producción de
crudos medianos y
livianos.
4. INSTALACION TIPICA DE B.M
UNIDAD DE BOMBEO.
MOTOR PRIMARIO.
VARILLAS.
BOMBA DE SUBSUELO.
5.
6. La unidad de
superficie imparte
el movimiento de
sube y baja a
la sarta de
varillas de succión
que mueve el pistón
de la
bomba, colocada en
la sarta de
producción, a cierta
profundidad del
fondo del pozo.
Este método
consiste
fundamentalmente
en una bomba de
subsuelo de acción
reciprocante,
abastecida con
energía
suministrada a
través de una sarta
de varillas.
La energía proviene
de un motor
eléctrico o de
combustión interna,
la cual moviliza una
unidad de
superficie mediante
un sistema de
engranajes y
correas.
En la carrera
descendente de las
varillas, la válvula fija
se cierra y se abre la
válvula viajera para que
el petróleo pase de la
bomba a la tubería . En
la carrera ascendente,
la válvula viajera se
cierra para mover hacia
la superficie el petróleo
que está en la tubería y
la válvula fija permite
que entre petróleo a la
bomba. La repetición
continua del
movimiento ascendente
y descendente
(emboladas) mantiene
el flujo hacia la
superficie.
FUNCIONAMIENTO
Como en el bombeo mecánico hay que balancear el ascenso y descenso
de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del
mismo balancín o en la manivela.
7.
8. La unidad motriz es típicamente un motor eléctrico o a
gas. Su función es suministrar la potencia que el
sistema necesita. La unidad motriz afecta el consumo
de energía y las cargas de la caja de engranaje.
los hp del motor dependen de la profundidad, nivel
del fluido, velocidad de bombeo y balanceo de la
unidad.
El motor eléctrico y a gas son componentes de bajo
torque y altos rpm. La variación de velocidad de la
unidad motriz afecta la caja de engranaje, la carga de
las varillas y la velocidad de bombeo.
MOTOR
9. Motores electricos: NEMA D es el motor de
unidad de bombeo mas reconocido. Su
deslizamiento esta entre el 5 al 13%. Otros
motores incluyen NEMA C con un max.
Deslizamiento de 5% y NEMA B con un max.
Deslixamiento de 3%
Motor a gas: existen motores de baja vel.
(≤700 rpm) con uno dos cilindros y alto torque
y motores multicilindros de alta vel., estos
motores pueden tener altas variaciones de vel.
(hasta un 35%) mas q motores de baja vel.
TIPOS DE MOTORES
10. Ventajas Motores
Eléctricos
• Bajo costo del equipo.
• Fácil y bajo costo de
mantenimiento.
• Encajan fácilmente en
un sistema de
automatización de un
campo petrolero.
Ventajas Motores a Gas
• Flexibles en la
velocidad.
• Pueden trabajar en un
amplio rango de
condiciones de carga.
• Los costos del
combustible para
motores a gas son mas
económicos en
comparación con los
costos de energía
para motores eléctricos.
11. CAJA DE ENGRANAJE
• La función de la caja de
engranaje es convertir torque
bajos y altas rpm del motor
en altos torque y bajas rpm
necesarias para operar la
unidad de bombeo. Una
reducción típica de una caja
de engranaje es 30:1, es
decir que la caja de
engranajes reduce los rpm a
la entrada 30 veces mientras
intensifica el torque de
entrada 30 veces.
12. Los contrapesos ayudan a reducir el torque
que la caja de engranaje debe suministrar.
En la carrera descendente, la caja levanta los
contrapesos con la ayuda de las cargas de las
varillas, quedando listos para ayudar nuevamente
en la carrera ascendente. La condición operacional
ideal es igualar el torque en la carrera ascendente y
descendente usando la cantidad correcta del
momento del contrabalanceo. Cuando esto ocurre
la unidad esta balanceada.
Una unidad fuera de balance puede sobrecargar
el motor y la caja de engranaje. Esto puede
resultar en fallas costosas y perdidas de
producción si no se corrige a tiempo.
CONTRAPESOS
13. BARRAPULIDA, PRENSAESTOPAY LINEADE
FLUJO
La barra pulida conecta
la unidad de bombeo a la
sarta de varillas. Su
función principal es
soportar el peso de la
sarta de varillas, bomba y
fluido.
La superficie de la
barra pulida por ser
lisa previene el
desgaste de las
empacaduras del
prensaestopa.
Si el pozo no produce
suficiente petróleo para
mantener lubricada la
barra pulida entonces es
necesario instalar un
lubricador encima del
prensa estopa.
Las empacaduras del
prensa estopa son
apretadas para prevenir
fugas en el cabezal. Pero
no deben ser demasiado
apretadas porque disminuye
la potencia en la barra
pulida.
Las líneas de flujo conectan el cabezal del pozo con el separador. A altas
presiones en la línea pueden resultar en altas cargas en la barra pulida y una
baja en la eficiencia.
14. Carga neta de la barra pulida
Carga del fluido.
Peso muerto de las varillas de succión.
Aceleración de la carga de las varilla de
succión.
Fuerzas de flotación sobre las varillas
de succión sumergidas en el fluido.
Fuerzas de fricción.
15. Guaya
:
Sirve
para
unir el
Cabez
al con
la
Barra
Lisa.
Crank:
Recibe el
movimient
o rotatorio
del eje de
baja
velocidad
de la Caja
de
engranaje.
Brazos de
pitman:
Transmite
n el
movimient
o del
Crank
hacia la
Barra
Ecualizado
ra.
Cojinetes: (Central
y Lateral): El
primero transmite el
movimiento entre
entre el Poste
Maestro y el
Balancín y el
segundo transmite
el movimiento entre
el Balancín y las
Bielas a través de la
Barra Ecualizadora.
16. Aguila
(carrier
bar):
Es un
bloque de
hierro que
va unido a
la guaya y
de donde
cuelga la
barra lisa.
Freno: Sirve
para
posicionar el
balancín en
un punto
deseado
después de
quitar el
movimiento
que le
imprime el
motor a la
Unidad de
Bombeo.
Caja de
Empaques:
Es una
conexión que se
emboca en la T
de Producción y
sirve para evitar
escapes de
crudo por el
movimiento
ascendente y
descendente de
la Barra Lisa.
T de
Producción:
Une la sarta
del Tubing, la
Caja de
Empaques y
la Línea de
Flujo por
donde viaja el
crudo hacia
la batería de
producción.
18. • La letra C significa unidad convencional; La letra M significa una
unidad Mark II y la letra A unidad balanceada por aire. También
pueden verse combinaciones como RM para unidades Lufkin Mark
Reverse.
• El primer numero es la designación de la capacidad de carga de la
caja de engranaje en miles libras-pulg (torque).
• El segundo numero es la capacidad de la estructura en cientos de
libras.
• El ultimo numero muestra la longitud max. de la carrera de la unidad
en pulgadas
DISEÑO DE LA UNIDAD
19. Es una máquina integrada, cuyo objetivo es convertir el movimiento rotatorio del motor a
uno reciprocante vertical, a una velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sarta de
varillas y la bomba de subsuelo.
es soportado cerca del centro por una
estructura llamada el poste maestro (Sampson
Post); el movimiento es transmitido al balancin
por el Pitman y este a su vez es movido por el
crank.
La distancia entre la unión del crank y el
pitman determina la longitud de la carrera de la
barra pulida.
Para la selección
de un balancín,
se debe tener
los siguientes
criterios de
acuerdo a la
productividad y
profundidad que
puede tener un
pozo:
Productividad
a) Los equipos deben ser
capaces de manejar la
producción disponible.
b) Los equipos de
superficie deben soportar
las cargas originadas por
los fluidos y equipos de
bombeo de pozo.
c) Factibilidad de disponer
de las condiciones de
bombeo en superficie
adecuada.
Características del balancín:
a) La variación de vel. del balancín con
respecto a las rpm del motor.
b) La variación de la longitud de carrera.
c) La variación del contrapeso que actúa
frente a las cargas de varillas y fluidos del
pozo.
Profundidad
a) La profundidad del pozo
es un factor determinante
de los esfuerzos de
tensión, de elongación y
del peso.
b) Afecta las cargas
originadas por los equipos
de producción del pozo.
c) Grandes profundidades
necesitan el empleo de
bombas de subsuelo de
largos recorridos.
BALANCIN (WALKING BEAM)
22. GEOMETRIA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO
UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL
Ventajas:
1) Costos de mantenimiento bajos.
2) Cuesta menos que otras unidades.
3) Usualmente es mejor que el Mark II con
sarta de varillas de fibra de vidrio.
4) Puede rotar en sentido horario y antihorario.
5) Puede bombear mas rápido que las
unidades Mark II sin problemas.
6) Requiere menos contrabalanceo que las
Mark II.
Desventajas:
1) En varias aplicaciones no es tan eficiente
como Mark II u otros tipos de unidades.
2) Podría requerir cajas de engranajes mas
grandes que otros tipos de unidades
(Especialmente con varillas de acero)
Estas tienen el punto de
apoyo del balancín en su
punto medio (sistema de
palanca Clase I con
geometría montada en la
parte posterior y
contrabalanceo por
Crank). Se fabrican con
diversas especificaciones,
los recorridos varían de 12
a 192 pulg, y las cajas
reductoras varían de
25.000 a 912.000 pulg-lb.
24. UNIDAD DE BOMBEO MARK II
Ventajas:
1) Tiene menor torque en la mayoría de los
casos.
2) Podría costar menos ( -5%, -10%)
comparada con el siguiente tamaño en una
unidad convencional.
3) Es mas eficiente que las unidades
convencionales en la mayoría de los casos.
Desventajas:
1) En varias aplicaciones, no bombea tan rápido
como una unidad convencional debido a su vel.
de carrera descendente.
2) Solo puede rotar en sentido horario.
3) En caso de existir golpe de fluido podría causar
mas dalo a la sarta de varillas y la bomba.
4) Puede colocar la base de la sarta de varillas en
alta compresión causando fallas por pandeo.
5) Puede experimentar torques mas altos que las
unidades convencionales cuando usan varillas de
fibra de vidrio, además, de la posibilidad de
colocarlas en compresión.
En estas unidades el
punto de apoyo del
balancín esta en uno de
sus extremos (Sistema
de palanca Clase III,
geometría montada en
el frente y
contrabalanceo en el
crank). Están
diseñadas con el objeto
de mantener un torque
neto uniforme en la
caja reductora y en el
motor.
25.
26. UNIDAD DE BOMBEO BALANCEADAS POR AIRE
Ventajas:
1) Es mas compacta y fácil de balancear que
las otras unidades.
2) Los costos de transporte son mas bajos
que otras unidades (pesa menos).
3) Vienen en tamaños mas grandes que
cualquier otro tipo de unidad.
4) Puede rotar en sentido horario y antihorario.
Desventajas:
1) Son mas complicadas y requieren mayor
mantenimiento (compresor de aire, cilindro de
aire)
2) La condensación del aire en el cilindro puede
constituir un serio problema.
3) La caja de engranaje podría dañarse si el
cilindro pierde la presión de aire
En estas unidades el
punto de apoyo del
balancín esta en uno
de sus extremos
(Sistema de palanca
Clase III, geometría
montada en el frente
y contrabalanceo por
aire). Son unidades
más livianas y
compactas.
27. REVERSE MARK II
Diseño y geometría
mejorada.
Posibilidad de
utilización de motores
y cajas reductoras mas
pequeñas que en la
Mark II.
28. • UNIDAD DE BOMBEO
CHURCHILL
Ofrecen la misma dureza y
resistencia que las unidades
convencionales. Han sido
utilizadas regularmente en
pozos poco profundos.
• UNIDAD DE BOMBEO
DE BAJOR PERFIL
Unidades de bombeo
compactas diseñadas para
instalación en áreas
urbanas o donde
características de bajo
perfil sean deseadas.
29. • UNIDAD DE POZO
INCLINADO
Esta diseñada para bombear
pozos desviados hasta 45°
en la superficie. En esta
unidad son usadas muchas
partes de una unidad
convencional.
• UNIDAD PORTATIL
Unidad de bombeo, montada
sobre un tráiler puede ser
levantado e instalado en
minutos, especial para
pruebas de pozos.
30. UNIDAD ROTAFLEX
• Pozos de alto caudal
• Pozos desviados y horizontales
• Pozos con alta frecuencia de
intervención por problemas de
fondo.
• Operaciones que requieren de
ahorro de energía.
UNIDAD DYNAPUMP
Dynapump es un sistema de
bombeo computarizado utiliza
sensores electrónicos,
equipamiento hidráulico y
sistemas de monitoreo.
Utilizado en pozos profundos
como para pozos someros.
31. MANTENIMIENTO UNIDAD DE
BOMBEO
• Instalar buen horario de mantenimiento en el libro de
registros del campo.
• Inspección diaria: localizar problemas antes de que
ocurra el daño(inspección de sonidos, escapes de
lubricante, etc.).
32. • Inspección semanal:
1. Realizar los pasos de la
inspección diaria.
2. Camine totalmente
alrededor de la unidad de
bombeo y obsérvela en
la operación.
3. Pare en los buenos
puntos de
la observación para mirar
las piezas montadas para
una revolución completa,
buscando el movimiento
y la vibración inusuales y
escuchando ruidos.
4. Compruebe para ver que
la línea blanca en los
pernos de seguridad del
brazo del pitman esté
alineada correctamente.
• Inspección mensual:
1. Termine los pasos de la
inspección semanal.
2. Compruebe el nivel
fluido en la caja de
engranajes si hay
evidencia de un escape.
3. Lubrique la silla de
montar, la cola, y los
cojinetes gastados del
brazo del pitman.
Una parte de estas
inspecciones se realiza con
la unidad de bombeo en el
movimiento, y la parte de
ella se realiza con la unidad
cerrada y el sistema de la
palanca del freno.
33.
34. VENTAJAS
• Fácil de operar y de hacer mantenimiento.
• Se puede cambiar fácilmente de rata de producción por
cambio en la velocidad de bombeo o stroke.
• Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada
para obtener la máxima producción.
• Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento
artificial.
• Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie.
• Se puede usar motores a gas como movedores primarios si la
electricidad no esta disponible.
• Se puede usar la bomba con el control apagado para
minimizar la carga del fluido, costos de electricidad y las fallas
de varilla.
• Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de
control de supervisión de bomba.
• Se puede usar computadoras modernas de análisis
dinamométrico para la optimización del sistema.
35. DESVENTAJAS
• Es problemático en pozos con alta desviación.
• No puede ser usada en pozos off shore por los grandes
equipos de superficie y la limitada capacidad de
producción es comparada con otros métodos.
• No puede funcionar con excesiva producción de arena.
• La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se
tiene gas libre.
• La rata de producción cae con la profundidad comparado
con otros métodos de levantamiento artificial
• Es obstrusivo en áreas urbanas.
