Curso de bombeo mecánico: sistemas, componentes y mantenimiento

Curso de Bombeo Mecánico
LUFKIN
ARGENTINA S.A.
1979 - 2008

“Curso de Bombeo Mecánico”
Oxy
Marzo 2008

Presentacion
Eugenio Ferrigno
Ing Mecánico & Naval
Trabajo en Lufkin Automation desde 1999,
actualmente en la planta de Comodoro
Rivadavia en Argentina como gerente de
producto
email: eferrigno@lufkin-arg.com
Tel: +54 297 448 4050
www.lufkinautomation.com

Agenda
• Sistema de bombeo mecánico
• Tipos de unidades
• Caracteristícas, mantenimiento y montaje
• Dinamometría
• Automatización
• Predicción de sistemas de bombeo
mecánico – Programa SROD

Historia
Inauguración: 04/08/79
en el Parque Industrial de Comodoro
Rivadavia.
Nombre original:
Hughes Tool Comodoro Rivadavia S.A.

Planta Industrial - Comodoro Rivadavia - Chubut

Planta Industrial
• Superficie total: 4,05 Ha.
• Superficie de Plantas: 9.220 m2

Fabricación de estructuras

Mecanizado

Ensamble de cajas

Sistema de Calidad
• API Especificación 11E Q1 desde 1992
• ISO 9001 – 2000
• ISO 14000

Producción Total
RESTO DEL MUNDO
1%
AMERICA
5%
ARGENTINA
94%
8500 Unidades

Producción en unidades
263 242
69
186
360 358
243
190
41
424
565
263
422 412
0
100
200
300
400
500
600
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Cant.
Unidades

Servicios :
• Montaje y desmontaje de unidades de bombeo
• Mantenimiento Preventivo / Correctivo de
unidades de bombeo
• Reemplazo de cualquier tipo de repuesto y
reparación de unidades de bombeo mecánico
LUFKIN y no LUFKIN
• Reparación de alojamiento de pernos de
manivela (En cualquier tipo de unidad)
• Automatización de pozos (AIB, PCP, IWC, VSD)
• Analisis de pozos (Sistemas predictivos )

Trabajos in situ
• Montaje de cáncamos de izaje en viga balancín
• Montaje de cable de seguridad en viga balancín
• Montaje de cubrecorreas articulados
• Montaje de tambores de freno con traba de
seguridad en todas las unidades de bombeo de
cualquier tipo y marca
• Montaje de paneles frontales, laterales y posteriores
• Montaje de cercos perimetrales
• Montaje de plataformas de seguridad
• Montaje de escaleras de acceso con aro de
seguridad

CONSIDERACIONES
GENERALES DE BOMBEO
MECÁNICO

- Costo: Moderado.
- Costo operativo: Bajo.
- Vida útil del AIB : 30 / 40 años o más.
- Es necesario un buen diseño, operación y manejo.
- Eficiencia: Intermedia. Importante optimizar el
sistema.
- Flexibilidad: Excelente. Se puede variar carrera,
GPM, diámetro del pistón.
- Fácilmente operable
- Operación en profundidades hasta 3200mts.
Características de AIB

Eficiencia del sistema
217 BPD (34.5 m3/d)
HP de la bomba = 8.4 HP
Potencia de las
varillas= 3.3 HP
HP del vástago = 11.7 HP
Pérdida en el AIB = 1.3 HP
Potencia del motor = 14.8 HP
Potencia entregada = 13 HP
Pérdida de Motor = 1.8 HP
Eficiencia del sistema = 8.4 / 14.8 = 56.5%
C-320-246-86, Bomba 1.5” Sarta 76, 10.5 GPM
a 5000 ft (1524 m)

- Puede trabajar con presiones de entrada a la bomba
cercanas a 0 ( 10 – 50 psi).
- Utilizado con motores eléctricos o motores a
explosión.
- Dinamómetros y medición de niveles.
- Utilización en pozos desviados. Centralizadores.
Ventajas

COMPONENTES
DE UNA INSTALACION
DE BOMBEO MECÁNICO

Unidad de bombeo
Tubing / Casing
Varillas de bombeo
Bomba de profundidad
Partes componentes

Elementos componentes
- Unidad de
bombeo
- Varillas
- Bombas de
profundidad

Bombas de profundidad

Partes componentes
- Barril
- Pistón
- Válvula de pie o fija
( standing valve )
- Válvula viajera
( travelling valve )
- Accesorios

Funcionamiento

Tipos de bombas
Insertables API
Con camisa integral de pared
delgada
RWA Anclaje superior ( Fig.1 )
RWB Anclaje Inferior( Fig.2 )
Con camisa integral de pared
gruesa
RHA Anclaje superior ( Fig.3 )
RHB Anclaje Inferior ( Fig.4 )
Tipo Tubing API
TH ( Fig.5 )
( Fig.1 ) ( Fig.2 ) ( Fig.3 ) ( Fig.4 ) ( Fig.5 )

Nomenclatura de bombas - Clasificación A.P.I
Ejemplo: 25 - 175 - RHBC - 12 - 4 - 4

Criterio de selección
1 - Depósitos de arena:
- Desgaste en válvula
- Acumulación de arena entre barril y tubing
- Desgaste del pistón y barril
2 - Pozos con gas
3 - Petróleo viscoso
4 - Incrustaciones de calcio
5 - Corrosión

Varillas de bombeo

Varillas de Bombeo
Dos grandes grupos:
1. Aceros al Carbono-Manganeso : El
manganeso tiende a hacer al acero menos
quebradizo.
2. Aceros de Aleaciones: Estas aleaciones
tienden a:
– Aumentar la dureza, solidez y resistencia a la
corrosión
– Formar estructuras de grano fino.
– Obtener mejores resultados en los tratamientos

Grados de varillas
Grado “C”: Acero al carbono-manganeso recomendado para servicio mediano en
pozos no corrosivos o fluidos pocos corrosivos.
Grado “K”: Aleación de acero al níquel-molibdeno, recomendado para servicio
mediano en pozos con fluidos corrosivos (CO2, H2S- Anhídrido carbónico y
sulfhídrico).
Grado “D” : Aleación de acero al cromo-molibdeno, recomendado para servicios
pesados en pozos corrosivos o con fluidos poco corrosivos.
El American Petroleum Institute clasificó: CARGA DE ROTURA DE LAS VARILLAS
SEGÚN EL GRADO DE ACERO
G r a d o K g . / m m 2 L b . / p u l g 2
K 5 9 . 7 / 8 0 . 8 8 5 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0
C 6 3 . 2 / 8 0 . 8 9 0 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0
D 8 0 . 8 / 9 8 . 4 1 1 5 0 0 0 / 1 4 0 0 0 0

C: Cargas bajas y medianas
D: Cargas altas y pozos no
corrosivos
MMD: Altas cargas y
medianamente corrosivo
K: Cargas altas y medianas en
pozos corrosivos
PLUS: Cargas muy altas y no
corrosivos
UHS: Cargas extremadamente
altas
Grados de varillas (continuación)

Cargas en varillas
Carga Max = (WR + FL ) * (1 + a)
Carga Mín = (WRF) * (1 - a)
Donde:
• WR = Peso de barras en el aire
• WRF = Peso de las barras sumergidas
• FL = Peso del fluido
• a = Factor de aceleración
Tensión Máxima Γ Max = Pmax / Secc
Tensión Mínima Γ Min = Pmin / Secc

Esfuerzos - Fatiga
•Proceso generado por la acción de cargas
variables que se repiten en el tiempo
•El material termina por romper a un valor de
carga muy inferior al límite de su resistencia
•Depende principalmente de la amplitud del
ciclo de carga y de las repeticiones de este
ciclo en el tiempo

Esfuerzos – Fatiga / Goodman
Límite de Fatiga
Wöhler estudió el tema fatiga, llegando a la conclusión que
para un determinado valor de carga máxima, el material no
rompía (Vida “infinita”)
Este límite se consideró
en 10 MM de ciclos, y la
carga se denominó
LIMITE DE FATIGA

Diagrama de Goodman
• Indica el nivel de solicitación de una varilla de
bombeo
• Considera vida útil 107 ciclos de bombeo
• Incluye el concepto de factor de servicio (SF)
• La cárga máxima que soporta una varilla es
inversamente proporcional al rango de
cargas en que se ve sometido (principio de
fatiga)
• SPE 4068 / Norma API 11BR 89

API GRADE D
Minimum Tensile Strength = 115000 psi

Diagrama de Goodman Modificado
Establece la zona de trabajo permitida para varillas de
bombeo.
Permite determinar el % de solicitación o carga a que
trabajan las varillas
s
rot
adm F
S
T
S ×
×
+
= )
5625
.
0
4
( min
100
)
(
)
(
% ×
−
−
=
mín
adm
mín
máx
S
S
S
S
Goodman
Sadm: Máxima tensión admisible de trabajo (psi)
Trot: UTS – Tensión de rotura (Varillas Grado D=115 ksi)
Smin: Tensión mínima (dinamómetro) (psi)
Smáx: Tensión máxima (dinamómetro) (psi)
Fs: Factor de Servicio

Diseño de sartas de varillas
Predominan dos criterios
• Igualar tensiones
– Las tensiones son iguales en todos los
tramos (a excepción barras peso)
– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn
• Diseño a tensión máx admisible
– Sarta liviana y económica
– Alto estiramiento
– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn = δmax

8 / 8
7 / 8
6 / 8
Sarta API 86
Grado API
C - 90,000 psi Tension min.
K - 90,000 psi Tension min.
D - 115,000 psi Tension min.
Tension de alta resistencia -
140,000 psi Tension min.
Varillas API
Bomba 1.5” - 26.8%, 27%, 46.2%

Barras peso – Ventajas/Cualidades
• Disminución de fallas por flexión sobre el cuerpo
de varillas
• Disminución de fallas de cuplas
• Aumento de la eficiencia de la bomba
• Aumento de la carrera efectiva del pistón.
• Disminución del nivel de tensiones sobre las
varillas que estarían trabajando a la compresión.
• Disminución de la fricción entre tubing y varillas
• Barras de 1.1/4” a 2” según API Spec 11BR

PRINCIPALES FALLAS
EN VARILLAS

FATIGA O ESFUERZOS DE TENSI
FATIGA O ESFUERZOS DE TENSIÓ
ÓN
N
DOS FALLAS DE FATIGA
DOS FALLAS DE FATIGA
FATIGA POR
FATIGA POR
CORROSI
CORROSIÓ
ÓN
N
FATIGA POR
FATIGA POR
ESFUERZOS
ESFUERZOS
SOBRECARGA O DISE
SOBRECARGA O DISEÑ
ÑO
O
DEFICIENTE
DEFICIENTE
FATIGA POR
FATIGA POR
DOBLADURA DE
DOBLADURA DE
RADIO LARGO
RADIO LARGO
FATIGA POR
FATIGA POR
DOBLADURA DE
DOBLADURA DE
RADIO CORTO
RADIO CORTO
TORCEDURA
TORCEDURA
“
“TIRABUZ
TIRABUZÓ
ÓN
N”
” (CAIDA
(CAIDA
DE LA BARRA)
DE LA BARRA)

FRACTURA POR TENSI
FRACTURA POR TENSIÓ
ÓN DE FATIGA
N DE FATIGA
MISMO DA
MISMO DAÑ
ÑO EN LA ZONA DE RECALQUE
O EN LA ZONA DE RECALQUE
GOLPE DE LLAVE
GOLPE DE LLAVE
O HTA. U OTRO
O HTA. U OTRO
ACERO
ACERO
GOLPE DE MARTILLO PARA
GOLPE DE MARTILLO PARA
AFLOJAR LA CUPLA
AFLOJAR LA CUPLA
DESGASTE POR ROCE
DESGASTE POR ROCE

DESGASTE DEL CUERPO POR
DESGASTE DEL CUERPO POR
ABRASI
ABRASIÓ
ÓN
N
DESGASTE DE CORROSI
DESGASTE DE CORROSIÓ
ÓN
N-
-ABRASI
ABRASIÓ
ÓN
N
INSUFICIENTE
INSUFICIENTE
APRIETE
APRIETE CARGA DE TENSI
CARGA DE TENSIÓ
ÓN
N
FALLA DE APRIETE EN
FALLA DE APRIETE EN
M
MÁ
ÁS O MENOS
S O MENOS
FALLA DE FATIGA POR
FALLA DE FATIGA POR
CORROSI
CORROSIÓ
ÓN (DEL EXTERIOR
N (DEL EXTERIOR
HACIA ADENTRO)
HACIA ADENTRO) SOBREAPRETADO
SOBREAPRETADO
SOBRETORQUE
SOBRETORQUE

ENGRANADO DE ROSCAS
ENGRANADO DE ROSCAS
INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)
INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)
OX
OXÍ
ÍGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADA
GENO DISUELTO EN EL AGUA SALADA
PICADURA POR SULFURO DE
PICADURA POR SULFURO DE
HIDR
HIDRÓ
ÓGENO
GENO

ATAQUE DE BACTERIAS
ATAQUE DE BACTERIAS
PICADURA POR DI
PICADURA POR DIÓ
ÓXIDO DE CARBONO
XIDO DE CARBONO
ATAQUE DE
ATAQUE DE Á
ÁCIDOS
CIDOS
CORROSI
CORROSIÓ
ÓN GALV
N GALVÁ
ÁNICA
NICA

ELECTROLISIS
ELECTROLISIS ABRASI
ABRASIÓ
ÓN
N
Corrosión, desgaste, daños en varillas

TIPOS
DE
UNIDADES
GEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEO
GEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEO

F
C
Clase I:
Palanca de primer género
Convencional

C-1280D-305-260 1700 BPD (1182 m3/D)

Clase III: Geometría
palanca de tercer género
F C
Tipo A: Balanceado a aire
Air Balanced

F C
Clase III:
Palanca de tercer género
Tipo M ( Mark II)
Mark II

M II 1824D-427-216”
• H = 47 pies, 14.5mts
• Profundidad = 7280 ft
(2220 m)
• Caudal = 1100 BPD
(175 m3/día)
• Bomba = 2 ¾”
• Sarta 96 + Peso
• Motor = 200 HP
• Tubing telescopico

Primeras Unidades de Bombeo

Mark I – Año 1956

Mark II – Año 1957

Mark II – Año 1961

Mark II – Actualidad

Beam Balanced

Reverse Mark

Low Profile

Portable / Trailer Mount PU

DESIGNACIÓN DE
LOS MODELOS DE
UNIDADES DE
BOMBEO

Estandarización de
Unidades de bombeo
en los comienzos
de la decada del ‘60
Especificación API 11E

Tamaños estandares API
Torque del reductor
API X 1000
80
114
160
228
320
456
640
912
1280
1824
2560
Carga estructural X
100
143
173
200
213
246
256
305
365
427
470
Longitud de la
carrera API
48
54
64
74
86
100
120
144
168
192
216
240

A = Air Balanced M = Mark II Unitorque
B = Beam Balanced LP = Low Profile
C = Convencional RM = Reverse Mark
CM = Conv. ( portable )
Tipos de Unidades de Bombeo
M - 640D - 305 - 168
Capacidad Maxima de
Carga de la Estructura /
Vastago Pulido ( x100
Lbs)
Longitud de Carrera
Máxima ( Pulgadas )
Engranajes
de Doble
Reducción
Capacidad
Max. Torque
del Reductor
( x1000 Lbs-
pulg. )
* Tipo de
Unidad de
Bombeo

Torque máximo: Es el torque con que se puede
hacer funcionar el reductor sin peligro de
rotura del mismo.
Carga estructural: Es la carga máxima que la
unidad puede soportar ( cabeza de mula )
Carrera máxima: es la máxima carrera a
obtener en el vástago pulido
Parametros API

168”
36500 lbs.
912,000 in-lbs.
C-912D-365-168

Cargas
Ocasionadas por :
- las masas de varillas,
- fluidos
- fuerzas de roce y aceleraciones.
Son soportadas por la estructura del AIB

Torque: esta directamente relacionado con la
caja reductora
Carga Máxima: directamente relacionado con la
estructura.
El exceso de torque daña la caja reductora
y no necesariamente a la estructura,
El exceso de carga lo hace exclusivamente con
la estructura
Comparación esfuerzos

Datos API en las unidades

Torque
El torque: Fuerza por distancia
La distancia es el brazo de palanca o
sea la distancia del centro del eje de
salida del reductor al centro del
perno de biela por la fuerza
ejecutante

Torque (continuación)
Caja reductora:
• Convierte un movimiento de muchas
revoluciones y bajo torque en otro de bajas
revoluciones y alto torque.
• Relación de transmisión aproximada 30 a 1
• El torque resultante es la diferencia entre el
torque producido por la carga y el producido
por los contrapesos

Por que contrapesar la unidad?

150 lbs.
150 lbs.
A A
Carrera ascendente
Balance de cargas

50 lbs
50 lbs
A A
Carrera descendente
Balance de cargas (continuación)

150 lbs.
100 lbs.
A A
50 lbs.
Carrera ascendente

50 lbs.
100 lbs.
A A
50 lbs.
Carrera descendente

Comienzos del contrabalanceo

Solución a los problemas
• Patentado por W.C.
Trout en 1926

Carrera
descendente
Peso varillas
sumergidas –
Factor
aceleración
Carrera
ascendente
Peso varillas en el
aire (Wr) + peso
fluído + factor
aceleración
CBE = (Carga Max + Carga Min) / 2 o 1,06 (Wrf + ½ Fo ).

CONTRAPESADO
Un correcto contrapesado debe otorgar
el valor mínimo de torque
Objetivo de los contrapesos:
Lograr que el motor realice el mismo esfuerzo tanto en la
carrera ascendente como en la descendente, y tender a
uniformar los esfuerzos en todo el sistema
Los sistemas de contrapesos dependen de los sistemas:
- regulable en la viga del equipo;
- regulable sobre la manivela y
- con cilindro con aire comprimido

Torque del pozo

Torque del pozo
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Torque,
in-lbs
Debido al peso de las varillas
Debido al peso de las varillas y del fluído

Sin carga
Torque del contrapeso

-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lbs

Torque de los contrapesos y del pozo

Torque del pozo y de los contrapesos
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lbs
Torque del pozo

Torque del pozo
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lbs
Torque del reductor
Torque del pozo

Torque del reductor
-300000
-200000
-100000
0
100000
200000
300000
400000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lb
320,000 in-lb

-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lbs
Torque del contrapeso máximo
1,040,000 in-lbs.

Torque del pozo
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
2000000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lbs

Torque del reductor
-300000
-200000
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Torque,
in-lb
Desbalanceado
320,000

Tablas de efecto de contrapesado

Vida del reductor
0
5
10
15
20
25
30
100.0% 105.0% 110.0% 115.0% 120.0% 125.0% 130.0%
Porcentaje de sobrecarga
Vida
en
años

Contrabalanceado
Conceptos Avanzados

Fp
C A
W
Wn
Wc
R
D = C * sen b
b
P
Wb
θ
R * sen a
a
INTRODUCCION
K

Las condiciones de carga en un pozo son:
Carga Max = (Pbb + Pf ) * (1 + a)
Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a)
Rango de Carga: RC = Cmax.- Cmín.
Torque Teórico = RC * S / 4 (formula
Mills)
Torque Real = (C. Máx. – CB ) * S / 2 ó
Torque Real = (CB – C. Mín.) * S / 2
Pbb o WR = Peso de la sarta de varillas en el aire (Kgrs. ó Libras)
Pf o WRf = Peso de fluido a elevar entre tubing y sarta de varillas (Kgrs. ó Libras)
a = Factor de aceleración a = f (Carrera, S, GPM al cuadrado)
CB = Efecto de contrapesado o Contrabalanceo (Kgrs. ó Libras)
% Uso = T máx Real/ T. Max. Fabricante ó % Uso = C. Max. Real / Capacidad Fabrican

API 11 E (rev 1994)

TN = TF x (C – SU) – TC x SENO (q-T)
En donde:
TN: Es el torque neto que recibe la caja reductora del equipo de bombeo, en Libras por pulgada.
TF: Es el factor de torque, en pulgadas.
C: Es la carga en el vástago pulido, en libras.
SU: Es el desbalanceo estructural del aparato de bombeo, en libras.
TC: Es el máximo torque de los contrapesos, en Libras por pulgada.
q: Es el ángulo de giro de las manivelas, en grados.
T: Es el ángulo de desfasaje de las manivelas, en grados. Para equipos convencionales es cero.
Torque neto
En donde:
TF: Es el factor de torque, en pulgadas.
A: Es la distancia entre el cojinete de cola y la cabeza de mula del aparato de bombeo, en pulgadas.
R: Es la distancia entre el perno de biela y el eje de baja velocidad de la caja reductora del equipo de
bombeo, en libras.
C: Es la distancia entre el cojinete de cola y el cojinete del ecualizador del aparato de bombeo, en libras.
a: Es el ángulo medido entre la manivela y la biela del equipo de bombeo, en grados.
b: Es el ángulo medido entre la viga balancín y la biela del equipo de bombeo, en grados.
TF = A x R / C x Seno a / Seno b
Factor de torque
Conceptos
Norma API 11E rev 94

TORQUE IDEAL
• Pico Torque neto Upstroke = Pico Torque
neto Downstroke
• Variable a ajustar: Contrapesos
– Torque contrapeso ideal: Posición sale de
tabla
– Efecto de contrapeso: Posición obtenida
mediante dyna (ensayo CBE)

TABLAS DE CONTRAPESADO

Cargas Permisibles
El diagrama de cargas permisibles muestra
el límite de torque representado en cargas
en la carta de superficie, mostrando:
• Detectar si la caja reductora está
sobrecargada en torque
• Indicar en qué porción de la carta se
produce el sobretorque, si este ocurre
• Corroborar si el análisis de torque de 15°
no excluye ningún pico de carga

Cargas Permisibles – SPE 5149

CONSIERACION DE INERCIA
• SPE5149, Dr Sam Gibbs (1975)
– Efectos de inercia producto de contrapesos, caja y
motor pueden introducir errores altos especialmente
en motores de alto resvalamiento
– Debe minimizarse la inercia usando motores y AIB
bien dimensionados
– Es necesario computar torque en forma más
precisa que cada 15°
– La inercia de las articulaciones incrementan el
torque neto en la caja. Es conveniente usar AIB de
estructura ligera

• SPE12201, J. Svinos (1983)
– Analiza los efectos cinemáticos en AIB
– Efectos de torque diferencial respecto al
sentido de giro
– Analisis cinemático del torque para obtener
el AIB ideal para el pozo que cumpla con:
• Baja aceleración de la carrera ascendente
• Bajo Factor de Torque
• Alta carrera para mejorar el llenado de bomba

C-320-256-100
● Fabricante “A”, ○ Fabricante “B”

Indice de Eficiencia Torcional (ITE)
ITE = TM / TP x 100
Es la relación entre el torque promedio en la caja reductora
del aparato de bombeo en un ciclo y el máximo torque
encontrado. De alguna manera califique los diferentes
equipos
ITE 30% inadecuado
ITE ≈ 30% bueno
ITE 30% muy bueno
ITE 40% excelente

Factor de Carga Cíclica
CLF = √(∑ i2) / ∑ i
Carrera ascendente Carrera descendente
TORQUE
CLF = 1.25
Corriente eficaz
Corriente promedio
n
I
...
I
I 2
n
2
2
2
1 +
+
n
I
I
I n
...
2
1 +
+

Potencia Motor
PMHP = PRHP x CLF / UE
Donde
• PMHP = Mínima Potencia requerida al
Motor
• PRHP = Potencia barra pulida (función de
área carta y SPM)
• CLF = Factor Carga Cíclica
• UE = Eficiencia Unidad ≈ 0,93

Potencia en carta (superf o fondo)
min
/
33000
]
[
)
(
−
−
×
−
=
hp
lbs
ft
SPM
lbs
ft
A
HP
PP
Donde
• PP = Potencia mecánica promedio en HP
• A = Area de la carta (superficie o fondo)
• SPM = Velocidad de bombeo en ciclos por
minuto

Velocidad Motor
RPM (sincrónica) = Hz . 120 / N
Donde
• RPM = Revoluciones x minuto motor
• Hz = Frecuencia de red (50 o 60 Hz)
• N = Número de polos motor
Para motores Asincrónicos (Nema D por
ejemplo) las RPM máx serán inferiores (5%
aprox) a las sincrónicas de la red

Torque en motor Nema B

Torque en motor Nema D

Torque en motor alto deslizamiento

d = ??
D = 44”
Relación = 30.12:1
Diámetro de la polea del motor
d = R *D *GPM
RPM
Donde:
R = Relación de engranajes
D = Diámetro de la polea
GPM = Golpes por minuto
RPM = Velocidad del motor

d = ??
D = 44”
Gear Ratio = 30.12:1
Que polea necesito si tenemos 8 GPM?
d = R *D *GPM
RPM
Motor speed = 1170 RPM
d = 30.12(44)(8)
1170
d = 9.06” Elejir polea de 9”

DINAMOMETRIA
Obtención de las cargas continuas en el
vástago pulido durante el ciclo de
bombeo
Conocer el funcionamiento de la
instalación( AIB, varillas y bomba ) y
programar las medidas correctivas

Parámetros mas representativos
• Torque aplicado al reductor del AIB
• Cargas máximas y mínimas sobre las varillas
• Caudal desplazado
• Llenado de la bomba
• Perdida en las válvulas( Viajera y fija)
• Nivel dinámico
• Esfuerzos en varillas
• Potencia requerida

DINAMOMETRO
Es un equipo que mide fuerzas, se lo utiliza para registrar la carga
y esfuerzo en el vástago y valorizar los parámetros característicos
Celda de carga
Celda de carga Horseshoe
Celda de carga Clamp-on
Posicinador

SAM QUICK DYNO

A
B C
D
DINAMOMETRO IDEAL
Cierra la
válvula móvil
Carrera ascendente
Abre la
válvula móvil
Carga
(kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Carrera descendente

Carga
( kgs ó lbs)
Carrera del A.I.B.
Estiramiento
Peso del fluido
Carrera Efectiva
Carrera Bruta
0
DINAMOMETRO REAL

Análisis de carta de fondo
S t
S le a k
S g a s @ P a
F l
S g a s @ P i
v w a t e r
v w a t e r v o il + s o lu t io n g a s
v d e a d o il
N e t P u m p D i s c h a r g e
L i q u i d V o l u m e
N e t S to c k T a n k L i q u i d V o l u m e
S g
S n
S l

Ejemplos de
cartas dinamométricas

Llenado completo
0
Carga
(kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó
pulg.)

Tubing sin anclar
0
Carga
(kgs ó lbs)

Golpe de fluido
0
Carga
(kgs ó lbs)

0
Carga
(kgs ó lbs)
Desplazamiento (cm ó pulg.)
Golpe de
bomba
Golpe de bomba

Interferencia de gas
0
Carga
( kgs ó lbs)

Válvula viajera ó barril y pistón dañados
0
Carga
(kgs ó lbs)

Válvula fija dañada
0
Carga
(kgs ó lbs)

- Fricción de fluido
0
Carga
( kgs ó lbs)

Pozo semisurgente o pesca de varillas
0
Carga
( kgs ó lbs)

Inercia Fluído Somero + Bomba grande

Cartas de fondo

Ejemplos de cartas
dinamométricas y
contrapesados de unidades
de bombeo

Carta
dinamométrica
con diagrama
de bomba
lleno y bien
contrapesado

Carta
dinamométrica
con diagrama de
bomba lleno y
mal
contrapesado

Carta
dinamométrica con
diagrama de
bomba con golpe
de fluido y bien
contrapesado

Carta
dinamométrica con
diagrama de
bomba con golpe
de fluido y mal
contrapesado

Carta dinamométrica
con diagrama de
bomba con
compresión de gas

Comparativa de curvas
de torque de
Unidades de Bombeo

Ejemplo determinación AIB
AIB : ? ( M 640D-305-168”
C 640D-305-168”
A 640D-305-168” )
GPM : 8
Carrera: Máxima
Bomba: 1.75”
Sarta: API 76
Profundidad : 8500 pies (2590 m)
Llenado completo
Tubing: 2 7/8”
PIP : 250 psi

Mark II
Air Balanced
Convencional

Características Técnicas
de las unidades de bombeo

MATERIALES

NODULAR : _ Rueda de engranajes.
FUNDICIÓN
GRIS : _ Tambor de freno.
_ Tapas de cajas de rodamientos.
_ Cajas de rodamientos ( Temple y revenido )
_ Manivelas.
_ Contrapesos.
_ Carcazas.
_Tapas de inspección.

ACEROS : 41L45H LAMINADO: _ Piñones intermedio y de alta.
( con agregado de Plomo ) _ Eje intermedio y de alta.
4145H LAMINADO: _ Eje de baja.
_ Perno de biela.
1020 LAMINADO: _ Eje de poste maestro.
_ Eje de travesaño igualador.

Acero estructural ASTM A36 _ Chapas
_ Angulos
_ Planchuelas
_ Hierro redondo
Perfiles Doble T ASTM A36 _ Base
( Importados )
_ Viga Balancin
_ Poste Maestro
_ Travezaño Angular
ESTRUCTURAS

ENSAYOS :
Dureza en aceros y ruedas.
Ultrasonido en ruedas, ejes y pernos.
Ensayo de compresión por probeta de colada.
Ensayo químico en fundición nodular.

Caja Reductora

VENTAJAS DEL ENGRANAJE
DOBLE HELICOIDAL TIPO HERRINGBONE
- Homologación por AGMA – American Gear Manufacturing
Association y especificación por API 11E
- Economía de espacio y menor peso por sus dimensiones
mas reducidas.
- Se contrarrestan las cargas axiales.
- Los rodamientos son simples, calculados para cargas
radiales.

- Menores dimensiones en las bancadas.
- Mayor capacidad de transmisión de carga.
- El diseño de geometría de diente, fabricado
mediante el desarrollo de la envolvente,
permite al proceso de fabricación absorver
con discreta discrepancia las distancias entre
centros, sin afectar la relación de engranaje.
Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)

- Mayor cantidad de dientes en contacto por
poder elegir en su diseño mayores ángulos de
hélice
Simple 15º a 25º
Herringbone 20º a 45º
- En trenes de engranajes donde solo se
requiere transmisión de velocidad es aceptado
el uso de engranaje simple helicoidal; donde la
solicitación de carga asume un rol importante
es necesario doble helicoidal.
Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)

MANTENIMIENTO

MANTENIMIENTO PREVENTIVO
SEIS COMPONENTES CRITICOS:
1. Caja reductora
2. Pernos de biela
3. Cojinetes de centro y de cola
4. Alineación del estrobo
5. Bulones
6. Alineación de la polea

1. Caja Reductora

Verificación cada seis meses
Roturas: carga de choque,
condiciones de sobrecarga y
fatiga
Inspección de caja reductora

Roturas: carga de choque, condiciones
de sobrecarga y fatiga
Picaduras: correctiva y
destructiva

Roturas: carga de choque,
condiciones de sobrecarga y fatiga
Picaduras: correctiva y destructiva
Desgaste: lubricación
inadecuada, desgaste abrasivo

Roturas: carga de choque, condiciones
de sobrecarga y fatiga
Picaduras: correctiva y destructiva
Desgaste: lubricación inadecuada,
desgaste abrasivo
Fluencia plástica (Deslizamiento)

Buen diseño de
soportes
Soportes de bancada

Cojinetes Anti-friccion
no soportan al eje
adecuadamente
Estres Natural

2. Pernos de biela

Perno de biela

- Proteger el alojamiento con grasa

3. Cojinetes de centro y cola

Crank
Pins
Equalizer
Bearing
Center
Bearing

Cojinete de cola - Convencional

Cojinete de centro - Convencional

Crank
Pins
Cross Yoke
Bearing
Samson Post
Bearing

Cojinete de cola - Mark

Cojinete de centro - Mark

4. Alineación

Fundación

5. Bulones

Uniones estructurales

6. Polea

Polea y correas
• Verificación de la ranura V en las poleas,
roturas, desgaste
• Alineación
• Correas rotas, desgastadas, agrietadas o
deshilachadas
• Tensado, correas flojas, tensado excesivo,
correas nuevas

Lubricación y engrase

Aceite
• Alta calidad
• Inhibidores de herrumbre y oxidación
• Propiedades anti-espumantes
• Viscosidad AGMA Nº 5
• Aditivos: no pueden actuar como agentes
abrasivos
• Nivel de aceite
• Problemas: propiedades físicas, sedimentos,
agua
• Análisis cada un año en laboratorio

Rodamientos
Bujes de bronce
Tapa intermedia
Sistema de lubricacion
Engranajes Herringbone

Conductos
de
lubricación
Lubricación

Tapas de rodamientos

Lubricación de
cojinetes
estructurales

Fallas en los cojinetes
Todos los cojinetes tienen una vida
determinada
Fallan por:
• Falta de correcta lubricación
• Sobrecarga
• Desalineamiento
• Fin de la vida útil

Puntos de lubricación
Tipo de
grasa y / o
aceite
Frecuencia
de
inspección
Frecuencia
de engrase
Frecuencia
cambio de
aceite
COJINETE CENTRAL
NLGI Nº 1
AGMA Nº 7 *
Cada 6
meses
Cada 6
meses
COJINETE POSTERIOR
NLGI Nº 1
AGMA Nº 7 *
Cada 6
meses
Cada 6
meses
COJINETE PERNO DE
BIELA
NLGI Nº 1
AGMA Nº 7 *
Cada 6
meses
Cada 6
meses
CAJA REDUCTORA
AGMA Nº 5
EP
(ISO
VG220) **
C/ 6 meses
1 año:
análisis
De acuerdo
a análisis
* Grasa de primera calidad a base de jabón de litio tipo NLGI Nº 1 con aditivo
para alta presión y una viscosidad de aceite base equivalente a la Normal
AGMA Nº 7 (414-506 cST A 40º C)
** Lubricante liviano de alta calidad apto para alta presión conforme a la norma
AGMA Nº 5 EP (ISO VG220) (preferentemente tipo fosforoso sulfurado)
con agentes antioxidantes y antiespumantes.
PLAN DE LUBRICACIÓN

SEGURIDAD

Sin energía
Instalación de la cabeza de mula
Paneles y cubrecorreas
Operaciones básicas
Seguridad

Sin energia – Desenergización total
Aislar la fuente de energía

Sin energia – Desenergizacion total
Aislar la fuente de energía
Control de energía potencial
Traba de tambor de freno y cadena

Cabeza de mula

Asegurar su
correcta
instalación

Colocar aro de seguridad

Paneles y cubrecorreas

Asegurar su correcta
instalación

NUNCA
DEJE LA UNIDAD DE
BOMBEO FUNCIONANDO
O LISTA PARA
FUNCIONAR SIN TODOS
LOS EMENTOS
INSTALADOS

Operaciones básicas

Nunca
Nunca
estacione
estacione
enfrente
enfrente
de la
de la
unidad
unidad!
!

CONCLUSIONES
PROGRAMA
MANTENIMIENTO

MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Minimizar los Costos de la vida del AIB
INSPECCION Y LUBRICACION REGULAR
RECOMENDANDO UN CRONOGRAMA SEMESTRAL
CORREGIR PROBLEMAS MENORES ANTES DE QUE SEAN GRANDES
PROBLEMAS
FRENOS, BULONES, JUNTAS, PERDIDAS, ETC.
PREVENIR FALLAS ( GENERAN COSTO ADICIONAL)
CARCAZAS, DAÑO ESTRUCTURAL, TIEMPO DE PARO, DAÑO
COLATERAL
ESTAR ATENTOS DE COSTOS OCULTOS DE LOS DAÑOS
CATASTROFICOS
MEDIO AMBIENTE, EQUIPO DE SUPERFICIE, EQUIPO DE FONDO

REPORTE
DE
INSPECCION

REPORTE MANTENIMIENTO PREVENTIVO E INSPECCION Rodamientos Retenes
COMPAÑIA : LUFKIN ARGENTINA S.A. B : Bueno R : Regular M : Malo (Reemplazar)
Area : Pozo : Neuquén - Argentina
DESCRIPCION UNIDAD DE BOMBEO Y CAJA REDUCTORA MOTOR de ACCIONAMIENTO Contrabalanceo
Marca : Tipo : Marca : Polea : Lado derecho :
N º Serie de Caja Reductora : N º Serie : HP : Lado izquierdo :
N º Serie de Estructura : RPM : Estado : Balanceo - Herramienta : Contrapeso :
ARTICULACIONES CAJA REDUCTORA
ARTICULACIONES de CENTRO : Polea Impulsora : Lado : Izq.: Der.:
Retenes : Rodamientos : Rodamiento Alta : Intermedio : Baja :
Grasa : Línea de Lubricación : Retenes Lado Derecho : Alta : Intermedio : Baja :
ARTICULACIONES de COLA : Retenes Lado Izquierdo : Alta : Intermedio : Baja :
Retenes : Rodamientos : Juntas : Buena : Regular : Mala :
Grasa : Línea de Lubricación : Nivel de Aceite : OK : Bajo : Alto :
PERNO de BIELA - Derecho : Condición de Aceite : OK : Regular : Malo :
Retenes : Rodamientos : Cinta de Freno : Cable de Freno : Traba seg :
PERNO de BIELA - Izquierdo : Dentados Piñón Veloz :
Retenes : Rodamientos : Conjunto Intermedio :
Eng. Baja Veloc. :
CONDICIONES DEOTROS ITEMS
Alineación de la Unidad OK : Izquierda : Derecha : Escaleras OK : Reparar : Falta :
Dist.B.Pozo : Hacia adelante : Hacia atrás : Canasto guarda hombre OK : Reparar : Falta :
Luz Biela-manivela Izquierda : Derecha : Correas OK : Regular : Reemplazar :
Nivelación OK : Bajo Der. : Bajo Izq. : Bulones Estructura OK : Falta :
Bajo hacia adelante : Bajo hacia atrás : Limpieza y Pintura de la Unidad OK : Reg. : Pintar :
Carrera : GPM : Cáncamos OK: Falta : Cable de seg. : OK: Falta :
Cubrecorreas OK : Reparar : Falta : Fundación : Condición :
Cerco de Seguridad Frontal : Lateral : Posterior : Dist. Boca de Pozo a Base : Dist. entre dados :
Switch de Vibración OK : Falta : Anclajes OK : Flojos : Cortados :
Tanque de Aire Nivel de Aceite : Compresor Marca : Modelo :
Articulación Tk. de Aire Correas : Motor :
Retenes : Rodamientos : Nivel de Aceite :
Grasa : Línea de Lubricación : Cónicos de Manivelas Derecha Max.: Int.: Mín.:
Cabeza de mula
Alineación : Traba : Aro : Izquierda Max.: Int.: Mín.:
Fecha : / / Inspeccionado por :................................................. Revisado por :...............................................

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