Bombeo de Cavidad Progresiva

1. Republica Bolivariana De Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior
I U P «Santiago Mariño» Formación Para La Excelencia
Escuela De Ingeniería en Petróleo
Producción De Hidrocarburos
Maracaibo – Edo Zulia 2020
BOMBEO DE CAVIDADES
PROGRESIVAS
Facilitador: Jesús Pérez
CI: 27263272

2. Bombeo De Cavidad Progresiva
En esencia una bomba de cavidad progresiva es una bomba de
desplazamiento positivo, en la que su órgano propulsor contiene
elementos móviles, de tal modo que por cada revolución se genera
de manera positiva un volumen dado o cilindrada,
independientemente de la contrapresión a la salida. Las bombas de
desplazamiento positivo son aquellas que desplazan una cantidad
constante de líquido, independientemente de la presión del sistema.

3. Bombeo De Cavidad Progresiva
En este tipo de bombas, la energía mecánica recibida se transforma
directamente en energía de presión, que se transmite
hidrostáticamente en el sistema hidráulico. La bomba BCP está
constituida por dos piezas longitudinales en forma de hélice, una que
gira en contacto permanente dentro de la otra que está fija, formando
un engranaje helicoidal:
 El estator es un cilindro de acero (o tubo) revestido internamente
con un elastómero sintético (polímero de alto peso molecular)
moldeado en forma de dos hélices, adherido fuertemente a dicho
cilindro

4. Bombeo De Cavidad Progresiva
 El rotor está fabricado con acero de alta resistencia, mecanizado
con precisión y recubierto con una capa de material altamente
resistente a la abrasión. Se conecta a la sarta de cabillas, las
cuales le transmiten el movimiento de rotación desde la
superficie.

5. Funcionamiento
El funcionamiento de la bomba BCP está basado en el
principio del tornillo de Arquímedes. Las bombas de cavidad
progresiva utilizan un rotor de forma helicoidal de (n)
número de lóbulos, el cual se hace girar dentro de un
estator en forma de helicoide de (n+1) número de lóbulos.
El rotor es la única parte movible de la bomba y representa
una pieza de metal pulido de alta resistencia con forma de
hélice simple o doble. El estator es una hélice doble o triple
de elastómero sintético con el mismo diámetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero.

6. El estator y el rotor no son concéntricos y el movimiento del
rotor es combinado, uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en dirección opuesta a su propio eje) alrededor el
eje del estator.
La geometría del conjunto es tal, que forma una serie de
cavidades idénticas y separadas entre si. Cuando el rotor gira
en el interior del estator estas cavidades se desplazan
axialmente desde el fondo del estator (succión) hasta la
descarga, generando de esta manera el bombeo por
cavidades progresivas. Debido a que las cavidades están
hidráulicamente selladas entre si, el tipo de bombeo es de
desplazamiento positivo.

7. Tornillo de Arquímedes
Un Tornillo de Arquímedes es una máquina gravimétrica helicoidal
utilizada para elevación de agua, harina, cereales o material
excavado. Fue inventado en el siglo III a. C. por Arquímedes, del que
recibe su nombre, aunque existen versiones de que ya era utilizado
en el antiguo Egipto. Se basa en un tornillo que se hace girar dentro
de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite
elevar el cuerpo o fluido situado por debajo del eje de giro. Desde su
invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeo. También es
llamado Tornillo sin Fin por su circuito en infinito.

8. Principio De Funcionamiento
Este tubo se encuentra conectado a la tubería de producción. El
rotor está suspendido dentro del estator por la sarta de cabillas y
engrana en él, con un espaciamiento controlado. A medida que el
rotor gira excéntricamente dentro del estator, se forman una serie
de cavidades selladas, las cuales progresan desde la succión
hasta la descarga durante el funcionamiento de la bomba. Dichas
cavidades se encuentran geométricamente separadas por un
ángulo de 180° o 120° y poseen una sección transversal
constante.

9. Cuando ocurre la apertura de una cavidad, su cavidad
opuesta se cierra simultáneamente y el área de flujo de la
cavidad permanece invariable, independiente de la posición
del rotor. Esto genera un flujo de desplazamiento positivo
constante y no-pulsante. El funcionamiento en conjunto de
dichos elementos constituye el sistema de bombeo de
cavidad progresiva, para transmitir la energía adicional al
pozo y transportar los fluidos del fondo hasta superficie.
CONFIGURACIÓN TÍPICA DE LAS BCP
El sistema de bombeo por cavidad progresiva está
constituido por equipos de superficie y equipos de
fondo tal como puede apreciarse a continuación:

10. Equipos de Superficie
Motor: su función principal es la de proveer la energía necesaria para
mover el equipo de superficie, y por ende la sarta de cabillas y la
bomba.
Equipo de Transmisión de Potencia (Caja reductora): se
encarga de transmitir potencia del motor hacia el cabezal de
rotación a través de un conjunto de engranes o de poleas y
correas. El ensamblaje de la caja reductora y del motor forman
un sistema llamado Motor-reductor.
Cabezal de Rotación: su función principal
es la de soportar el peso de la sarta de
cabillas. Además, evita que ésta gire en
sentido contrario cuando el sistema se
apaga.

11. Variador de Frecuencia: este equipo es el que permite
aumentar la velocidad de la BCP, registrar y monitorear
todos los parámetros como: torque (lbs-pie), corriente
(Amp), voltaje en la entrada del variador (volt. DC),
frecuencia (Hz), potencia requerida por el sistema (hp).
Permite a través de la herramienta visual como la carta
nomográfica optimizar el sistema BCP del pozo.
Entre otras de las funciones del variador, está proteger la
parte más débil del sistema BCP, como lo es la sarta de
cabillas; fue diseñado con la finalidad de aumentar,
mantener o disminuir la velocidad de la bomba BCP
dependiendo del torque observado en el sistema.

12. Equipos de Subsuelo
Sarta de Cabillas: es un conjunto de cabillas unidas entre sí, que
se introducen dentro de la tubería de producción del pozo, uno de
los extremos de la sarta de cabilla se conectan con el rotor de la
bomba bcp y el otro con el eje del cabezal de rotación para de
esta manera poder realizar la transmisión de potencia necesaria
para ocasionar la acción de bombeo.
Bomba de Cavidad Progresiva: bomba rotatoria del tipo de
desplazamiento positivo, consta de dos piezas el rotor y el estator.
Ancla anti-torque: este equipo es acoplado en la
succión de la bomba bcp, su función es impedir que
el estator de la bomba y toda la sarta de tubería
giren en sentido horario debido al torque
rotacional, es decir que el estator de la bomba bcp
gire en el mismo sentido de giro de la sarta de cabillas.

13. Ancla de Gas: son tres secciones de tubos perforados de
3 pies c/u, acoplado al ancla de torque en la succión de la
BCP y su función es aumentar la eficiencia de separación
natural del gas, provocando que este suba a través del
espacio anular mientras que el líquido entra a través de
los orificios para que luego decante y ascienda por un
tubo de succión que se encuentra dentro de las tres
secciones, el tubo de succión guía al fluido hacia la
entrada de la bomba bcp para su transferencia de
energía.
Las anclas de gas (colas de bombas BCP o separadores de gas, como
también se les conoce), son instalados en pozos con relación gas
líquido alta (450-900 PCN/BN) o en aquellos pozos donde la cantidad
de gas en el crudo pueda incidir en el aumento de la velocidad
de la bomba y provoque una disminución abrupta de la vida útil
de la BCP, el ancla de gas se instala en la parte de la succión
de la bomba para que sea efectiva la separación del
gas.

14. Equipos de Subsuelo.

15. Clasificación De Las BCP
Las bombas BCP de fondo pueden clasificarse según su
configuración mecánica y según la geometría que posea el
estator. Por su configuración se pueden dividir en tubulares e
insertable.
Las bombas BCP de configuración tubular, son aquellas
bombas que se enroscan y bajan con la tubería de producción.
Luego de asentar el estator de la bomba a la profundidad
deseada, se inicia la bajada del rotor de la bomba.

16. Bombas BCP de configuración tubular (cont.): Una de las
desventajas que posee este tipo de bomba es que cuando
se desea remplazar la BCP de fondo es necesario sacar
toda la completación BCP al pozo, por otro lado entre las
ventajas que ofrece la BCP tubular es la facilidad para poder
realizar la instalación de separadores de gas en su succión.
Las bombas BCP de configuración insertable; Están
compuestas por una camisa, un inserto y la guía de anclaje,
la camisa en donde se introducirá el inserto o bomba, posee
al final una guía de anclaje, pieza que tiene como función
anclar el inserto dentro de la camisa

17. La camisa es bajada con la tubería de producción,
una vez asentada la guía de anclaje a la profundidad
deseada se inicia la bajada del inserto o bomba BCP
con la sarta de cabillas, este inserto es de menor
diámetro que la camisa bajada con la tubería de
producción, pieza que es fijada para producir la
acción de bombeo sin movimiento o vibración. La
ventaja que ofrece este tipo de BCP es el ahorro de
tiempo operativo, que son consumidos por los
taladros de rehabilitación y la baja diferida en barriles
que puede ocasionar su instalación, ya que si fuese
necesario cambiar la bomba BCP solo se extraerá
del pozo la sarta de cabillas con el inserto o bomba,
el inserto sería cambiado rápidamente e introducido
de nuevo para su puesta en marcha al estar
anclado.
Las bombas BCP de configuración insertable
(cont.):

18. Las BCP pueden ser clasificadas también en función de la
geometría que posea su estator:
Bomba BCP de geometría multi-lóbulo: producto de
rigurosos análisis científicos sobre el diseño generado por
Rene Moineau, surgen las bombas de cavidad progresiva
multi-lóbulo. Este tipo de bomba es comercialmente
conocida coma bombas de relación 2:3. Esto se refiere a
que cuando se producen tres pasos del rotor se generan
dos pasos en el estator, lo cual garantiza una entrega más
ideal del caudal y contribuye a que el fluido adquiera mayor
presión antes de cerrar un ciclo.

19. Bomba BCP de geometría
multi-lóbulo (cont.):
Las bombas multi-lóbulo poseen menor cantidad de etapas pero las
mismas son diseñadas para que en su interior manejen mayor presión.
Su incremento de presión de lóbulo a lóbulo es favorecido por la triple
acción generada por el rotor. Giran a velocidades tres veces menos
que las bombas de geometría simple lóbulo, lo cual garantiza una
amplia reducción del escurrimiento.

20. Bomba BCP de geometría simple-lóbulo:
Son las más comunes y utilizadas en el país. En este tipo de
geometría, el rotor posee 1 lóbulo y el estator 2 lóbulos. Dicha
geometría también se conoce como relación 1:2, donde dos pasos del
rotor es un paso del estator. Las bombas simple lóbulo son diseñadas
para ser expuestas a bajas o elevadas velocidades de rotación,
dependiendo de la tasa requerida. El número de etapas con los que
son diseñadas estas bombas son mayores que el número de etapas de
una bomba multi-lóbulo

21. VENTAJAS DE LOS
SISTEMAS BCP
Entre las ventajas de este método, podemos mencionar:
• Puede ser regulada la tasa de bombeo según las exigencias
del pozo, mediante la variación de las revoluciones en el
cabezal de rotación. Esto se logra con simples cambios de
polea o mediante un variador de frecuencia.
• Bajo costo de instalación.
• Bombea crudo de baja y alta gravedad API.
• Puede manejar altos % de agua.
• El equipo de superficie puede ser transportado, instalado y
removido fácilmente

22. • Operando en condiciones normales, no emite ruidos fuertes.
• Opera con bajo torque.
• Bajo consumo de energía eléctrica.
• Bajo costo de mantenimiento
DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS BCP
Entre las desventajas de este método, podemos mencionar:
• Limitación en cuanto a temperatura de fondo, debido a que los
estatores se encuentran compuestos por materiales elastoméricos,
los cuales pueden soportar cierto rango de temperatura de operación.
Este rango máximo de operación se encuentra entre 100 a 125 °C, en
este sentido, se han desarrollado formulaciones de elastómeros que
ha permitido operar a temperaturas de hasta 200 °C.
• Incompatibilidad con los aromáticos, tipos de aromáticos
comunes encontrados en petróleo: xilenos, benceno, tolueno
a porcentajes no mayores de 3%.

23. • Limitaciones en cuanto profundidad y tasa de bombeo:
asentamiento de la bomba hasta 8500’ y producción de
fluido hasta 3500 bpd, respectivamente.
• Su eficiencia disminuye drásticamente en pozos con alta
RGL.
DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DE CAVIDAD
PROGRESIVA
El procedimiento de diseño de una instalación de bombeo
de cavidades progresivas BCP utilizado en la EIP es
básicamente igual al de bombeo electro sumergible BES,
hasta el paso Nº 8.

24. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DE CAVIDAD
PROGRESIVA (cont.)
De manera resumida, podemos decir que el diseño de una
instalación de bombeo de cavidades progresivas comprende los
siguientes pasos:
1.Seleccionar el caudal de diseño.
2.Determinar la profundidad de instalación de la bomba.
3.Seleccionar la bomba.
4.Determinar la potencia requerida.
5.Seleccionar el motor.
6.Seleccionar las cabillas

25. De manera detallada, los pasos para el diseño son:
1. Estimar la capacidad de aporte de fluidos de la arena
productora. De ser posible, debe graficarse la IPR con base en la
prueba de producción del pozo, presión estática y presión de
burbujeo, para determinar la oferta de la arena productora.
Estimar caudal máximo permisible de producción, de acuerdo a
la IPR y considerando futuros problemas de agua, gas y/o arena.
Seleccionar el caudal de diseño y su respectiva Pwf.

26. 2. Determinar el nivel dinámico de líquido, (pies).
- Estimar el gradiente de presión de la mezcla (lpc/pie)

27. 2-

28. 3. Determinar la profundidad de asentamiento de la bomba:
Profundidad de asentamiento (pies) = Nivel dinámico +
∆ℎ 𝑑(sumergencia)
Donde Dhd depende del criterio de diseño. Se recomienda
inicialmente una sumergencia mayor o igual a 300 pies. Sin embargo,
en realidad se debe colocar la bomba a la profundidad donde la
fracción de gas a su entrada sea mínima.
4. Estimar la presión y temperatura a la entrada de la
Bomba
Primero, el gradiente geotérmico es:
Luego, se determina el gradiente dinámico de
temperatura

29. DISEÑO DEL SISTEMA DE
BOMBEO DE
CAVIDAD PROGRESIVA (cont.)
4. Estimar la presión y temperatura a la entrada de la bomba (cont.).
La temperatura a la entrada de la bomba se determina:

31. 5. Determinar los parámetros PVT de los fluidos a
condiciones de entrada de la bomba.
6. Determinar la fracción de gas en la entrada de la
bomba.
7.Comparar la fracción de gas a la entrada de la bomba. Si
g > ó = al máximo permitido, incremente la profundidad de
asentamiento de la bomba en 100 pies y repita los pasos del
4 al 6. Si g > al máximo permitido y se ha alcanzado la
profundidad límite de asentamiento de la bomba, se
recomienda instalar un separador de gas de alta eficiencia,
para reducir la fracción de gas a la entrada de la bomba.

32.  Si g < al máximo permitido y aún no se ha
alcanzado la profundidad límite, es de su interés
considerar repetir los pasos, hasta lograr, de ser
posible, 0% de gas a la entrada de la bomba.
8. Calcular la tasa total de flujo a la entrada de la
bomba.

33. 9. Escoger las revoluciones por minuto (rpm) y el factor
de cabezal (FH) según los niveles de producción de
arena
10. Calcular el desplazamiento de la bomba a 500 rpm.

34. 11. Determinar el head rating de la bomba.

35. 11. Determinar el head rating de la bomba
(cont.).
12. Seleccionar la bomba requerida.
De las tablas del fabricante, seleccionar la bomba que
maneje eficientemente la tasa y cuyo head rating (también
llamado tasa de altura) sea igual o mayor al requerido.

36. 13. Determinar los rpm
ajustados a la bomba
seleccionada.

37. Una vez que se ha seleccionado la bomba, se usa la
siguiente figura para determinar los rpm ajustados y
la potencia requerida por la bomba

38. 14. Seleccionar el diámetro de la cabilla, de acuerdo al
tamaño de la tubería de producción.
15. Calcular los requerimientos de potencia del motor.
Donde:
𝑯𝑷 𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂: Suministrada por el fabricante
𝑬𝒇𝒊𝒄 𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓: Alrededor de 0,85
Factor: Factor de seguridad = 1; 1,2; 1,5

41. Perdida a través del sistema de sellado del vástago