El bombeo mecánico implica el bombeo continuo de petróleo desde el yacimiento hasta la superficie utilizando una bomba subterránea accionada por una unidad de bombeo en la superficie a través de una sarta de varillas. Consiste en dos partes principales: la unidad de bombeo en superficie y la bomba subterránea. La unidad de bombeo usa un motor, engranajes y un balancín para mover arriba y abajo la sarta de varillas y accionar la bomba subterránea de

1. Bombeo mecánico
El bombeo mecánico es un procedimientode succión y transferencia casi continua del petróleo
hasta la superficie, considerando que el yacimiento posee una determinada presión, la cual es
suficiente paraque el petróleoalcance un determinadonivel enel pozo. Suprincipal característica
es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir movimiento a la bomba sub superficial a
través de una sarta de varillas y mediante la energía suministrada por un motor.
Este sistema artificial puede operar eficientemente sobre un amplio rango de características de
producción de pozo, es considerado para elevar volúmenes moderados desde profundidades
somerasy volúmenespequeñosdesde profundidadesintermedias. Tienesuprincipal aplicaciónen
el ámbitomundial enla producciónde crudospesadosy extrapesados,aunque tambiénse usaen
la producción de crudos medianos y livianos. 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.
Partes y Funcionamiento
El bombeo mecánico consiste esencialmente en dos partes:
 Unidad de bombeo y sarta de varillas
El motor primario (eléctrico frecuentemente) es la fuente primordial de potencia para toda la
operación de bombeo, el cual se conecta a la caja reductora o de engranajes la cual reduce la
velocidadperoganatorque para podermoverla bielayla manivelaque transmitenel movimiento
de vaivén al balancín el cual convierte estos movimientos de vaivén en movimientos oscilatorios
pero lineales para la varilla pulida, la cual está conectada a la sarta de varillas la cual permite el
funcionamiento de la bomba sub superficial.
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.
La sarta de varillasesel enlace entrelaunidadde bombeoinstaladaensuperficie ylabombade sub
superficial. La sarta de varillastransmite energíadesde el equipode superficie haciala bombasub
superficial y soporta el peso del fluido además su propio peso.
 Equipo sub superficial
El equipo sub superficial es el que constituye la parte
fundamental de todo el sistema de bombeo. La API ha
certificadolasvarillas,lastuberíasde producciónybombade
subsuelo. La bomba es una bomba de pistón de
desplazamiento positivo y reciprocante, desde su
profundidadde instalaciónhastala superficie,que funciona
por diferenciales de presión mediante bolas y válvulas, que
permiten la entrada y sello de fluido en ciclos periódicos
sincronizados. Las bombas sub superficiales bombean el
petróleode maneraparecidaauna bombaque bombeaaire
a un neumático. La bomba consiste en un tubo dentro del
cual se mueve unpistóncuyoextremosuperiorestáunidoa
las varillas de bombeo. El movimiento de las varillas en
conjunto con el mecanismo de válvulaspermite la produccióndel crudo. La bomba aloja dentro o

2. se enrosca en el extremo de la tubería de producción y se asienta en el fondo con el uso de
empacadores.
Durante lacarreraascendente,elpistónsubeatravésde lacamisadelabomba,elfluidoporencima
de la válvulamóvil lamantiene cerrada,cuandola presióndentrodel barril de la bombaes menor
que la presión en la función de la bomba, la válvula fija se abre, permitiendo que ingrese el fluido
en el barril.
Cuandola unidadde bombeoalcanzael PMS (puntomáximosuperior) el pistónalcanzatambiénel
punto superior de su carrera, cuando la unidad de bombeo comienza su carrera descendente, la
sarta de varilla se mueve hacia abajo, como también el pistón de la bomba.
Si el barril se llenócompletamenteenlacarreraascendente,el pistóntendrácontactoconel fluido
inmediatamenteenlacarreradescendente.Comoel pistónreciénestácomenzandoadescendersu
movimiento será muy lento al momento de producir.
La presiónenel barril de la bomba(ente laválvulafijayla móvil) aumentamientrasel pistónsigue
bajando, estosucedehastaque lamismaexcedelapresiónsobre laválvulaviajera.Laválvulaviajera
se abre debidoal fluidoenel barril de labomba,de este modoatraviesala válvulaviajeraysube al
espacioanularentre el diámetromayorde lavarillaydiámetromenorde latubería de producción.
Mientraslaacciónde labombacontinúa,el pistónalcanzaelpuntoinferiorde sucarrera,se detiene
brevemente y comienza nuevamente su movimiento ascendente. Mientras continúa este
movimiento la válvula de pie se abrirá nuevamente y el fluido del pozo ingresará al barril de la
bomba.
Partes
 Motor
 Manivela
 Contrapeso
 Anclasde tubería
 Balancín
 Cabezade caballo
 Varillasde succión
 Rienda
 Vástagopulido
 Prensaestopa
 Cabezal
 Tubería de Producción
 Válvulaviajera
 Bomba
 Válvulafija
 Yacimiento

3. Descripción de las partes
Motor
La función del motor de la Unidad de Bombo Mecánico es suministrar a la instalación energía
mecánicalacual eventualmenteestransmitidaalabombay usada para levantarel fluido.El motor
seleccionadoparaunainstalacióndebe tenersuficiente potenciade salidaparalevantarel fluidoa
la tasa deseada desde el nivel de fluido de trabajo en el pozo.
Caja reductora de velocidad
Este dispositivo permite cambiar por mediode engranajes la alta velocidad angular entregada por
el motor a un mayor torque suficiente para permitir el movimiento del balancín.
La distanciaentre launiónde cracko caja reductorayla bieladeterminalalongitudde lacarrerade
la sarta de varillas.
Manivela
Es la responsable de trasmitir el movimiento de la caja reductora a la biela del balancín, que está
unidaa ellosporpinesse estánsujetasal eje de bajavelocidadde lacaja de engranajesycada una
de ellas tienen un número igual de orificios, los cuales representan una determinada carrera del
balancín, en ellos se colocan los pines de sujeción de las bielas.
Pesas o contrapeso
Se utilizaparabalancearlasfuerzasdesigualesque se originansobreel motordurante alascarreras
ascendente y descendente del balancína finde reducirla potenciamáximaefectivayel momento
de rotación. Estas pesas generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades sobre la
viga principal, en el extremo opuesto a la cabeza de caballo.
Poste Sampson
El balancín essoportadocercadel centrode gravedadporunaestructurallamadael posteSampson
el cual debe ser suficientemente rígido y fuerte para soportar por lo menos el doble de la carga
máxima de la varilla pulida. Su soporte central soporta el balancín, éste soportará los esfuerzos
causados por la carga del pozo por un extremo y la fuerza de las bielas por el otro.
Balancín
Es una máquinaintegrada,cuyo objetivoes convertirel movimientoangulardel eje de unmotor o
reciproco vertical, a una velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sarta de varillas y la
bomba de subsuelo. Algunas de las características de la unidad de balancín son:
a) La variaciónde lavelocidaddel balancínconrespectoalasrevolucionesporminutodelamáquina
motriz.
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.
 Criterios de acuerdo a la productividad y profundidad que puede tener un pozo:

4. 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.
Profundidad
a) La profundidaddel pozoesun factor determinante de losesfuerzosde tensión,de elongacióny
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.
La disponibilidaddelosbalancinesvaadependerfundamentalmente sobreeldiseñodelosmismos.
Los balancinessub-diseñados,limitanlascondicionesdel equipode produccióny enconsecuencia
la tasa de produccióndel pozo.Los balancinessobre-diseñados,poseencapacidad,carga,torque y
carrera están muy por encima de lo requerido y pueden resultar muchas veces antieconómicos.
 Clasificación de losBalancines
Balancinesconvencionales.
Estos poseenunreductorde velocidad(engranaje) localizadoensuparte posterioryun puntode
apoyosituadoenla mitadde la viga.
Balancinesde geometríaavanzada.
Estos poseenunreductorde velocidadensuparte delanterayunpuntode apoyo localizadoenla
parte posteriordel balancín.Estaclase de unidadesse clasificanenbalancinesmecánicamente
balanceadosmediantecontrapesosyporbalancinesbalanceadosporaire comprimido.Los
balancinesde aire comprimidoson35% más pequeñasy40% más livianasque lasque usan
manivelas.Se utilizanfrecuentementecomounidadesportátilesocomounidadesde pruebade
pozo(costa fuera).
Cabeza de caballo
Es instaladaenel balancíny soportala varilla pulida,lacual se mueve enlíneatangente al arco de
la cabezade caballo.
Vástago pulido
La relación directa entre la sarta de varillas y el equipo de superficie es el vástago pulido. Los
vástagospulidosestándisponiblesentrestamaños,el tamaño para cualquierinstalacióndepende
del tamaño del tubing y del diámetro de las varilla de succión en el tope de la sarta de varillas.
Factores que contribuyen a la carga neta del vástago pulido:
 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.

5. Abrazadera del varillón.
Cercadel final superiordelvarillónpulidoestaunaabrazaderadel varillónel cual essoportadoporla
barra cargadora. La barra cargadora a su vez es soportada por cables flexibles conocidos
como riendas que pasan por encima de la cabeza del balancín hasta el final del balancín.
Varillasde succión.
Las principales características de las varillas son:
a) Se fabrican en longitudes de 25 pies, aunque también pueden manufacturarse de 30 pies.
b) Se dispone de longitudes de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 y 12 pies denominados por lo general “niples de
varilla” que se utilizan para complementar una longitud determinada y para mover la localización
de los cuellos de cabillas, a fin de distribuir el desgaste de la tubería de producción.
c) Se fabrican en diámetros de 5/8, 3/4, 7/8, 1, 1-1/8 de pulgadas.
Tubería de Producción.
La tuberíade produccióntiene porobjetoconducirel fluidoque se estábombeandodesdeel fondo
del pozo hasta la superficie. En cuanto a la resistencia, generalmente la tubería de producción es
menos crítica debido a que las presiones del pozo se han reducido considerablemente para el
momento en que el pozo es condicionado para bombear.
Empacador de Tubería.
Este tipoestá diseñadoparaserutilizadosenpozosconel propósitode eliminarel estiramientoy
compresiónde latuberíade producción,locual roza lasarta de varillasyocasionael desgaste de
ambos.Normalmente se utilizaenpozosde altaprofundidad.Se instalaenlatuberíade
producción,siendoéste el que absorbelacarga de la tubería.Las guías de varillassonacopladas
sobre lasvarillasa diferentesprofundidades,dependiendode lacurvaturay de lasocurrencias
anterioresde unelevadodesgaste de tubería.
Bomba de Subsuelo.
La bombarecibe el fluidodesde laformaciónhaciadentrode lasarta de producciónylevantael
fluidohacialasuperficie.Labombaesun equipode desplazamientopositivo(reciprocante),lacual
esaccionada por lasarta de varillasdesde lasuperficie.
Los componentesbásicosde labombade subsuelosonsimples,peroconstruidoscongran
precisiónparaasegurarel intercambiode presiónyvolumenatravésde sus válvulas.Los
principalescomponentesson:el barril ocamisa,pistónoémbolo,2o 3 válvulasconsus asientosy
jaulaso retenedoresde válvulas.
 Funcionamiento de una bomba de subsuelo
La válvula estacionaria permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera
descendente de lasvarillas,laválvulafijase cierra y se abre la válvulaviajerapara que el petróleo
pase de labombaa latubería.En la carrera ascendente,laválvulaviajerase cierraparamoverhacia
la superficie el petróleo que está en la tubería y la válvula viajera permite que entre petróleo a la
bomba. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente mantiene el flujo.
Desplazamiento de la Bomba y Tasa de Producción del Sistema de Bombeo Mecánico

6.  Pozos con condiciones gaseosas o liquidas espumosas frecuentemente tendrían un 25 % a
50% de eficiencia.
 Pozosgaseososconclaraseparaciónde gasde formaciónenel huecotendríande 50% a70%.
 Para pozos con buena separación en el hueco y amplia sumergencia de la bomba, las
eficiencias serian de 70 % a 80 % .
 Para pozos con nivel alto de fluido y con no interferencia de gas, la eficiencia volumétrica
puede alcanzar hasta 100%.
Pistón.
Su funciónenel sistemaesbombearde maneraindefinida.Estácompuestobásicamentepor
anillos,sellosespecialesyunlubricante especial.
 Carrera efectiva del pistón
El volumen de petróleo manejado durante cada stroke del pistón de la bomba no depende de la
longitud de la carrera del vástago pulido si o del movimiento relativo del pistón.
Las carreras del pistón y del vástago pulido difieren debido a que las varillas y el tubing se estiran,
por el sobre viaje del pistón debido a la aceleración. La carga del fluido es transmitida
alternadamentepuestoque laválvulaestacionariaylaviajerase abrenycierrandurante el ciclode
bombeo originando deformaciones en las varillas y tubing.
En la carrera descendente la válvula estacionaria está cerrada y la viajera abierta. En la carrera
ascendente la válvula viajera se cierra y la estacionaria se abre.
Diseño de Equipos de Bombeo Mecánico
Es un procedimiento analítico mediante cálculos, gráficos y/o sistemas computarizados para
determinarel conjuntode elementosnecesariosenel levantamientoartificial de pozosaccionados
por cabilla. La función de este procedimiento es seleccionar adecuadamente los equipos que
conforman el sistema de bombeo mecánico a fin de obtener una operación eficiente y segura con
máximo rendimiento al menor costo posible.
Paso 1: Seleccionar el tamaño de la bomba, el diámetro óptimo del pistón, bajo condiciones
normales. Esto va a depender de la profundidad de asentamiento de la bomba y el caudal de
producción (Ver Tabla 1).
Paso2: La combinaciónde lavelocidadde bombeo(N) ylalongitudde lacarreraoembolada(S),se
selecciona de acuerdo a las especificaciones del pistón. Se asume una eficiencia volumétrica del
80%. (Ver gráfico 1).
Paso 3: Se debe considerarunasarta de cabillas(se debe determinarel porcentaje de distribución
si se usa más de dosdiámetrosde cabilla) yel diámetrode pistón,se determinaunaproximadode
la carga máxima para el sistema en estudio. (Ver gráfico 2).
Paso 4: Chequear el valor de factor de impulso para la combinación velocidad de bombeo (N) y
longitud de carrera (S) establecidos en el Paso 2 (Ver Tabla 2).
Paso 5: Cálculo de la carga máxima en la barra pulida. Para este propósito será necesario obtener

7. cierta data tabulada de acuerdo a los datos establecidos en los pasos previos. Primero se
determinaráel pesode lascabillasporpieylacargadel fluidoporpie.(VerTabla3).Ahorase calcula
el pesode lascabillasenel aire (Wr), la carga dinámicaenlas cabillas(CD) y la carga del fluido(CF)
a la profundidad objetivo.
Wr = peso cabillas (lb/ft) x Prof. (ft)
CD = F.I. x Wr (lb) -----> Donde F.I. (Factor de Impulso)
CF = peso fluido (lb/ft) x Prof. (ft)
Carga máxima barra pulida = CD + CF
Paso 6: Cálculo de la carga mínima de operación (CM), el contrabalanceo ideal y torque máximo.
CM = Disminución de la carga debido a la aceleración (DC) – fuerza de flotación (FF)
DC = Wr x (1-C) -----> Donde C = (N^2 x S)/70500
FF = Wr x (62,5/490) -----> Valor constante
Para el contrabalanceo ideal se debe proporcionar suficiente efecto de contrabalanceo para darle
suficientevalorde carga,el cual va a serel promedioentre el máximo(cargamáx.barrapulida) yel
mínimo recién calculado.
Entonces,
Contrabalanceo ideal = promedio de carga (entre máx. y min) – la carga mínima.
Torque máx. = Contrabalanceo ideal x Punto medio de la longitud de carrera (S/2).
Paso 7: Estimación de poder del motor eléctrico. Conocida la profundidad de operación, °API del
crudo y el caudal requerido de producción, se obtiene una constante que es multiplicada por el
caudal de producción(Vergráfico3). Este valor obtenidoes losHP necesariosjustosparalevantar
el caudal requerido.Loque se recomiendaesque estevalorobtenidose incrementede 2a2,5veces
para tener un factor de seguridad.
Paso 8: Cálculo de desplazamiento de la bomba. El valor obtenido de P sería el valor de caudal de
producciónsi la bombatrabajaal 100% de eficiencia.El diseñode labombadebe teneral menosel
80% de eficiencia.Encrudospesadosdebe tenerunmáximode 18 strokes/minutos(promedio15°
API).
P = C S N
P = Desplazamiento de la bomba
C = Constante de la bomba, depende del diámetro del pistón
N = Velocidad de bombeo (SPM)
Paso 9: Profundidad de asentamiento de la bomba (Método Shell, Ver Tabla 3). Esto dependerá
enormementede laconfiguraciónmecánicadel pozo.Si este métodono cumple,porlo general se
asientaa 60 o 90 piespor encimadel colgador.Otras bibliografíashacenreferenciaque se asienta
300 pies por debajo del nivel de fluido.
Existenvariadosdiseñosde bombeomecánico,porloque estosse clasifican de lasiguiente
manera:

8. Las unidadesde bombeo tipobalancín cuentacondos geometríasdiferentes,lascualesson:
Clase I (Convencional)
Clase II(Mark II y Aerobalanceada)

9. VentajasydesventajasdelSistemade BombeoMecánicode Petróleo
Ventajasdel Sistemade BombeoMecánicode Petróleo
Fácil de operar y de hacer mantenimiento
Se puede cambiarfácilmente de rate de producciónporcambioenlavelocidadde bombeoo
stroke.
Puede bombearel pozoauna muybaja presiónde entradapara obtenerlamáximaproducción.
Usualmente eslamáseficiente formade levantamientoartificial.
Se puede fácilmenteintercambiarde unidadesde superficie.
Se puede usarmotoresa gas como movedoresprimariossi laelectricidadnoestadisponible.
Se puede usarla bombacon el control apagado para minimizarlacarga del fluido,costosde
electricidadylasfallasde varilla.
Puede sermonitoreadaremotamenteconunsistemade control de supervisiónde bomba.
Se puede usarcomputadorasmodernasde análisisdinamométricoparalaoptimizacióndel
sistema.
Desventajasdel Sistemade BombeoMecánicode Petróleo
Es problemáticoenpozosconaltadesviación.

10. No puede serusadaenpozosoff shore por losgrandesequiposde superficieylalimitada
capacidadde producción escomparadacon otros métodos.
No puede funcionarconexcesivaproducciónde arena.
La eficienciavolumétricacae drásticamente cuandose tienegaslibre.
El rate de produccióncae con la profundidadcomparadoconotrosmétodosde levantamiento
artificial
Es obstrusivoenáreasurbanas.
Bibliografía
- Bookaman,V.y De Abreu,C.:“El Pozo Ilustrado”,FondoEditorial delCentroInternacional de
Educacióny Desarrollo(FONCIED),PrimeraediciónenCD-ROM,Caracas,1998.
- Clasesde Introducciónala Ingenieríade Petróleo,UniversidadCentral de Venezuela,Facultadde
Ingeniería- Escuelade Petróleo,Prof.LizbethMiranda,2008.
-Ing.JavierMartínez,Marco., “Apuntesde sistemasartificialesde producción”Facultadde
CienciasQuímicas,UniversidadVeracruzana,PozoRica,Veracruz,2014.