Sistema de bombeo mecanico proyecto-2

Sistemas de elevación artificial –“Bombeo Mecánico”
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SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO
1. INTRODUCCIÓN
El bombeomecánicoconvencional nacióprácticamente ala par con la industriapetrolera,cuando
el Coronel Drake; perforó un pozo que era de su pertenecía ubicado en Pennsylvania
aproximadamente en 1859.
En aquella época la perforación se hacía con herramientas de percusión, donde la mecha se
suspendía mediante una especie de balancín hecho con madera y se dejaba caer. Cuando el pozo
moría, eramás fácil usarel balancínde maderaque había quedadoenel sitioparaoperarlabomba
de sub-suelo;asínacióloque hoyconocemoscomoBMC, aunque hoyendía no se usanbalancines
ni cabillas de madera y mucho menos maquinas a vapor, los componentes del método aún se
conservan.
El bombeo mecánico es el sistema de levantamiento artificial de extracción de petróleo más
ampliamenteusadoenel mundo.Másdel 80% de lospozospetrolíferosdelmundotrabajaconeste
sistema.Estose debe afactorestalescomo,suversatilidad,suantigüedad.Sufacilidadparaoperar
en diversidad de condiciones.
Pero no por ser el sistema más viejo y el más usado, esto quiera decir que sea el más simple, más
barato y el mejor conocido por todos por su diseño. Al contrario, su complejidad mecánica en
comparaciónconlosotrossistemasde levantamientoartificial,lohace aque este expuestoamayor
cantidadde esfuerzosypor este motivo,esel que mayor atenciónrequiere durante suoperación.
Esta desventajaque se acabade mencionar,eslaque causa que el sistemase vuelvaineficienteen
cuanto a la tasa de producción y hace que se vuelva costosoen comparación a los otros sistemas,
ya que a pesar de que su inversión inicial es más baja que los otros sistemas, los costos de
mantenimientoporlascausasantesmencionadas,hacenque pierdaventajaenrelaciónalosotros
sistemas.
Pero esto no significa que el sistema de bombeo mecánico sea malo, estos problemas tienen
solución y es su función del ingeniero de producción,hacer un seguimiento continuo del sistema,
minimizando por ende los costos de producción por barril producido.

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2. DEFINICIONDEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO
El diseñodel sistemade bombeomecánicoporvarillastiene porobjetotransmitirlaenergíadesde
la superficie hasta la profundidad en donde se encuentra ubicada la bomba y el fluido, a fin de
elevarlohastalasuperficie. Considerandoqueel yacimientoposeeunadeterminadapresión,lacual
es suficiente para que el petróleo alcance un determinado nivel en el pozo.
Consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de acción reciprocante, abastecida de
energíaatravésde unasartade varillas.Laenergíaprovienede unmotoreléctrico,ode combustión
interna,lacual movilizaunaunidadde superficiemedianteun sistemade engranajesycorreas,para
que ocurra la acción de bombeo,el pistónrealizaunmovimientoreciprocante dentrodel barril, la
tubería confinala sarta de varillasde succión que acciona a su vezla bomba en el subsuelo;posee
válvulafijay válvulaviajera,sonválvulasdenoretorno,de bolayasientode modoque solopermite
el flujo en una sola dirección hacia el cabezal.
El bombeo mecánico convencional tiene su principal aplicación en el ámbito mundial en la
producción de crudo pesado y extra pesado, aunque, también se usa en la producción de crudos
medianos y livianos.
La gran limitante para el diseño de este sistema de levantamiento artificial ha sido siempre la
profundidad,noobstanteconlosavancestecnológicosylosnuevosmaterialesqueestánsurgiendo,
se están construyendo unidades de bombeo con mayor capacidad de carga y con varillas de alta
resistencia para poder llegar a mayores profundidades.
3. APLICACIÓN DEL BOMBEO MECÁNICO
Este método se aplica en pozos que presentan las siguientes características:
 Pozos con 0,1 < IP < 5.
 Tasas de producción entre 20 y 4000 BPD
 Tasa de gas entre 0,01 – 0,15 MMPCD.
 RGL entre 10 – 300.
 Nivel de fluido entre 400 – 7000 pies.
 Viscosidad entre 100 – 80.000 cps.
 API entre 6 – 25.
 Profundidad no mayor a 9000 pies
 Diámetro del revestidor 4 ½ “ - 9 5/8”
 Temperatura no mayor a 500 °F
 Pozos verticales
 pozos sin presencia de arena.

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4. CUADRO DE COMPARACIÓN DEL BOMBEO MECÁNICO CON RESPECTO A OTROS
METODOS DE ELEVACIÓN ARTIFICIAL
5. VENTAJAS DEL SISTEMA DE BOMBEO MECANICO DE PETROLEO
 Fácil de operar y de hacer mantenimiento.
 Los costosde mantenimientode cadaunidadde bombeosonrelativamentemínimosporla
bajaenergíaque consumen,que puedeserel gasdel mismopozooproducidaconmotores
eléctricos o a diésel.
 Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la máxima
producción.

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 Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento artificial.
 Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie.
 Se puede usarmotoresagascomomovedoresprimariossilaelectricidadnoestádisponible.
 Se puede usarlabombaconel control apagadoparaminimizarlacargadel fluido,costosde
electricidad y las fallas de varilla.
 Puede sermonitoreadaremotamenteconunsistemade control de supervisiónde bomba.
 Se puede usarcomputadorasmodernasde análisisdinamométricoparalaoptimizacióndel
sistema.
 Permite variarla velocidadde emboladaylongitudde carrera para el control de la taza de
producción.
 puede levantar petróleos de alta viscosidad.
 Se puede cambiar fácilmente de caudal de producción por cambio en la velocidad de
bombeo o stroke
6. DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE PETROLEO
 Es problemático en pozos con alta desviación.
 La unidadde superficie es pesada y necesita mucho espacio y es obstrusiva al ambiente.
 No puede funcionar con excesiva producción de arena.
 La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre, formación de
parafinas y por la corrosividad de los fluidos.
 Requiere altos costos.
 Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio la profundidad puede ser una limitante.
7. COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO
El sistemaconsiste enun ensamblaje del equipode superficie yde fondo,que elevael fluidode la
formacióna superficie porlaacciónreciprocade unaunidadde bombeoensuperficie,que levanta
y baja la sarta de varillas para accionar la bomba de fondo.

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Los componentesindividualesde unSistemade BombeoMecánicose puedendividirendos
gruposprincipales:el equipode superficie yel equipode fondo.
 Equiposde superficie
 Equiposde subsuelo.
A continuaciónde describiráadetalle cadauno.
7.1. EQUIPOS DE SUPERFICIE
Comosu nombre loindica,sonlaspartesdel sistemaque podemosobservarasimple vistayque se
encuentrananivel del suelo.El equipode superficieestáconstituidoporunmotorprimario,el cual
proporcionala energíaque accionaa su vez la unidadde bombeo.Mediante laacción de bandas y
una caja de engranajes se reducen las velocidades y el movimiento rotacional, se transforma en
movimiento rectilíneo a través de la manivela, la biela y el balancín, todo este proceso sucede
coordinadamente.El movimientose transmiteala sarta de varillaslaque asuvezhace trabajar a la
bomba de subsuelo.
Se examinarácada componente del sistemaparaentendercómotrabajay como afectael restodel
sistema.

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7.1.1. UNIDAD MOTRIZ
La unidadmotrizestípicamenteunmotoreléctricooagas.La mayoríade lasunidadesmotricesson
motoreseléctricos.Motoresagassonusadosenlocacionessinelectricidad.Lafunciónde launidad
motriz es suministrar la potencia que el sistema de bombeo 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,nivelde fluido,velocidadde bombeoybalanceode launidad. Esimportanteentender
que el tamañode la unidadmotrizpuede tenerunimpactosignificativoenlaeficienciadel sistema.
En la mayoría de los campos petroleros los motoresestán usualmente sobre dimensionadas. Esto
garantizaque estarándisponiblesuficientescaballosde fuerzaenel sistemaperoal preciode bajar
la eficiencia.Motoreseléctricosalcanzansuseficienciasmásaltascuandolascargas estáncercanas
a la potenciade la etiqueta(Placadel motor).Cuandoun motor estapoco cargado la eficienciaes
menor.

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Los motores eléctricos y a gas son componentes de bajo torque y altos rpm. La variación de
velocidad de la unidad motriz afecta la caja de engranaje, las cargas en las cabillas y también la
velocidadde bombeo.Variacionesde velocidadaltasdel motorreduceneltorque netoenlacaja de
engranaje.Porejemplo,enlacarreraascendente dondelabarrapulidasoportalasmayorescargas,
el motordesacelera.Debidoaestareducciónde velocidad,lainerciade loscontrapesos(resistencia
al cambioenvelocidad)ayudaareducirel torque de lacajade engranaje liberandoenergíakinetica
almacenada.Estotambiénreduce las cargaspicosenlabarrapulidareduciendolaaceleraciónde la
barra pulida. En la carrera descendente la unidad acelera resultando en cargas mínimas sobre la
barra pulida. Por lo tanto, variaciones de velocidad altas en la unidad motriz "aplanan” las cartas
dinamográficasal compararse conunidadesmotricesdebajavariaciónde velocidad.Estoresultaen
rangos bajos de tensión y por ende en disminución de la fatiga en las cabillas.
7.1.1.1. Motores Eléctricos:
Los motores eléctricos para bombas de cabillas son principalmente motores de inducción de tres
fases. NEMA D (Nacional Electrical Manufacturers Association) clasifica los motores según el
deslizamiento y las características de torque durante el arranque.
7.1.1.2. Motoresde Ultra Alto Deslizamiento:
Motores eléctricosespecialescondeslizamientomayoral 13% son denominadosmotoresde ultra
alto deslizamiento. Estos son diseñados para variaciones altas de velocidad y pueden ayudar a
reducir los torques picos en la caja de engranaje y las cargas de las cabillas. Puedes calibrar los
motoresultra de alto deslizamientoendiferentesmodosdependiendodel deslizamientoytorque
en el arranque deseado.El modo en bajotorque ofrece losmás bajos torque en la arrancada y las
variaciones de velocidad más grandes. El modo de alto torque ofrece los mayores torque en la
arrancada ylasvariacionesde velocidadmásbajas.Motoresde Ultraaltodeslizamientousualmente
tienen un modo medio o bajo-medio con características entre los modos de bajo y alto torque.
Un dimensionamientocorrectodel motorde ultraaltodeslizamientopodríatenerunavariaciónde
velocidadde hastaun50%. Usualmente estoresultaentorquesmásbajosen lacajade engranaje y
cargas enlascabillascomparadoasistemasconunidadesmotricesde bajodeslizamiento.Unmotor
ultra de alto deslizamientodebe ser correctamente dimensionado y aplicado para las condiciones
correctas del pozo para reducir el torque a través de las variaciones altas de velocidad. Un motor
sobre diseñado puede no cargarse lo suficiente para variar la velocidad y podría realmente
comportarse como un motor NEMA D.
7.1.1.3. Motores a Gas:
Existen dos tipos de motoresa gas. Motores de baja velocidad con uno o dos cilindros, y motores
multicilindros de alta velocidad. Motores de baja velocidad tienen velocidades de 700 rpm o
menores y alto torque. Motores multicilindros pueden tener altas variacionesde velocidad (hasta
un 35%) más que motores de baja velocidad.

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Motores de gas típicamente queman gas rentado y son generalmente más baratos que operar
motoreseléctricos.Sinembargo,loscostosde capitalyel mantenimientosonusualmente másaltos
que para motores eléctricos.
Motores a gas son primordialmente utilizados en locaciones remotas sin disponibilidad de
electricidad.
7.1.2. CAJA DE ENGRANAJE Y CONTRAPESOS
La funciónde lacaja de engranaje esconvertirtorque bajosyaltasrpmde launidadmotrizenaltos
torque y bajasrpm necesariaspara operarla unidadde bombeo.Una reduccióntípica de una caja
de engranaje es 30:1. Esto significa que la caja de engranaje reduce los rpm a la entrada 30 veces
mientras intensifica el torque de entrada 30 veces.
7.1.2.1. CONTRAPESOS
Si la caja de engranaje tuviera que suplir todo el torque que la unidad de bombeo necesita para
operar,sutamañodeberíaserdemasiadogrande.Afortunadamente,al usarcontrapesos,el tamaño
de la caja de engranaje puede ser minimizado. Los contrapesos ayudan a reducir el torque que la
caja debe suministrar.
Estos ayudan a la caja durante la carrera ascendente cuando las cargas en la barra pulida son las
más grandes.En la carrera descendente,lacaja de engranaje levantaloscontrapesosconla ayuda
de las cargas de lascabillas,quedandolistosparaayudarnuevamente enlacarrera ascendente.En
otras palabras, en la carrera ascendente, las contrapesas proporcionan energía a la caja de
engranaje (Al caer). En la carrera descendente estos almacenan energía (subiendo). La condición
operacional ideal es igualar el torque en la carrera ascendente y descendente usando la cantidad
correcta del momento de contrabalanceo. Cuando esto ocurre la unidad esta Balanceada. Una
unidadfuerade balance puede sobrecargarel motory la caja de engranaje.Estopuede resultaren
fallas costosas y pérdidas de producción si no se corrige a tiempo.
Para determinar si la unidad esta balanceada, debe hacerse un análisis de torque o registrar un
gráfico de amperaje del motor en la carrera ascendente y descendente.

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7.1.3. BARRA PULIDA, PRENSA ESTOPA Y LINEA DE FLUJO:
La barra pulidaconectalaunidadde bombeoalasarta de cabillasyesla únicaparte de la sarta que
esvisibleenlasuperficie.Comosunombre lodice,labarrapulidatieneunasuperficie lisaybrillante.
La superficie de la barra pulida previene el desgaste de las empacaduras de la prensa estopa. Las
varillas pulidas son fabricadas bajo las especificacionesAPI 11B, cumpliendo con las normas ISO
9001/APIQ1.
Elaboradascon material de acero de aleacióncarbón,manganeso,cromo,molibdeno,cuentancon
acabado espejo (basado en especificaciones API SPEC 11B).
Las empacaduras del prensa estopa están diseñadas para prevenir fugas de fluido.
Si el pozo no produce suficiente petróleo para mantener lubricada la barra pulida entonces un
lubricadoresusualmenteinstaladoencima de laprensaestopa.Este lubricadorprevendrádañosen
la prensa estopa y la barra pulida con la constante lubricación.
Las empacaduras del prensa estopa son apretadas para prevenir fugas en el cabezal. Pero, si se
aprietandemasiado,podríanincrementarse las pérdidas de potenciaenla barra pulidaresultando
en una mala interpretación de la carta dinagráfica por la distorsión de las cargas sobre la barra
pulida. La función principal de la barra pulida es soportar el peso de la sarta de cabillas, bomba y
fluido.Porlotanto,labarrapulidaexperimentacargasmásaltasque cualquierotraparte delasarta.
Las líneasde flujoconectanel cabezal del pozoconel separador.
Es importante entender el efecto de la presión de la línea de flujo en el sistema de bombeo por
cabillas. Como si discutió arriba, la barra pulida soporta el peso de la sarta de cabillas y el fluido.
También, debe sobreponerse a la presión en la línea.
Altas presiones en la línea pueden resultar en altas cargas en la barra pulida y una baja en la
eficiencia.Estascargasadicionalesenlabarrapulidadependerándeldiámetrodel pistón.Mientras
más grande seael tamaño del pistón,másgrande seráel efectode lapresiónde lalíneade flujoen
el sistema

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.
7.1.4. GRAMPAPARA VARILLA PULIDA
Este dispositivo sirve para conectar el block colgador a la varilla pulida, estas grampas pueden ser
de uno, dos o tres tornillos, incrementándose, por supuesto la seguridad, con el aumento del
númerode losmismos.Es recomendableel usode unsolotornilloparapozossomerosyconforme
aumenta la profundidad es preferible la utilización de grampas con mayor número.
Características:
 Las más bajasconcentracionesde tensiónenlasvarillaspulidas
 La capacidadde sujeción másaltaa cualquiertorque de latuerca
 Diámetrode giropequeñoparael usocon rotadoresde varilla
 Cubiertade cincfosfato proporcionaunamejoradaresistenciaala corrosión
 Carga nominal 13 000 lbscarga de pruebamáxima32 000 lbs
 Para diámetrode varillapulidade 1”,1 ¼”y 1 ½”
 Fabricadaen aceroforjadocon tratamientotérmico

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Inspecciónde las Grampas:
El mayorcuidadoque hay que tenercon lasgrampas esusar el tamañoadecuadoa la barra pulida
y asegurarse que lagrampa no tengaestríasen lospuntosde contacto para evitardañar labarra
pulida.
En muchoscasos, losoperadoresusanunsolocuerpode la grampa cuandose va a colocar lacelda
de carga.
Esta práctica puede ocasionarque labarra se corra.
Es importante,sobre todoenlasviejasinstalaciones,que lasgrampasseandel mismotipo
7.1.5. ESTOPERO PREVENTOR
Mecanismode seguridadque se localizaenla parte superiordel árbol de válvulas,sobre laTee de
flujo de 3”Ø y cuya función principal es la de contener los fluidos para que no se manifiesten a su
exterior.
La función principal del estopero es sellar sobre la superficie de la varilla pulida por medio de los
hules sellos construidos con elastómero resistente al rozamiento, la diferencia del estopero y del
preventor,sonloshulessellosque sonnecesarioscambiarcadavezque se presentedesgasteyque
debentenerel ajuste debido,para evitarla fuga de aceite que se presentaenla parte superiorde
éste, cuando la U.B.M. está operando. En la operación de cambiar los sellos, se suspende la
operaciónde la unidady se cierran los Rams del preventor,parapoder trabajar con facilidaden el
estopero.

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7.1.6. TEE DE FLUJO
Esta conexión no es más que una unión entre el preventor (BOP), el estopero preventor y la línea
de producción.Tiene lassiguientesdimensiones:3”x 3” x 2” con salidalateral de 1” y tapónciego,
la presiónde trabajo máximaesde 3 000 psi,el material del cual está formado es acero al carbón.
7.1.7. UNIDADES DE BOMBEO
La funciónde launidadde bombeoesconvertirel movimientorotacional del motoral movimiento
ascendente descendentede labarrapulida.Unaunidaddebombeoapropiadamentediseñadatiene
el tamaño exactode caja de engranaje yestructura.Tambiéntiene suficiente capacidadde carrera
para producir el fluido que se desea.
Generalmente se clasifican según su punto de apoyo y el mecanismo de contrabalance como se
muestra en la siguiente tabla.
Existentambiénotrosvariostiposde unidadestalescomolasde bajoperfil, decarreraslargas(tales
como Rotaflex), y otras unidades de geometría inusual.Sin embargo, la mayoria de los pozosson
bombeados con los tres principales tipos de unidades mencionadas.
La razón principal de la duración de la popularidad de estasunidades de bombeoes porque estas
han sido usadas por más tiempo que las otras y han probado ser confiables, durables,y fáciles de
mantener. Dependiendo de la aplicación, hay ventajas y desventajas para cada tipo de unidad.
Ninguna unidad puede reclamar para si el mejor comportamiento en todas las aplicaciones. Por
ejemplo,si el espacioeslimitadoentoncesunaunidadbalanceadapor aire esla mejoropciónpor
lo compacto de su diseño. Si se usan cabillas de fibra de vidrio entonces una unidad convencional
serámejorque unMarkII comoseráexplicadoluego.Enpozosprofundosconcabillasde acero,una
unidad Mark II puede tener el más bajo torque neto en la caja de engranaje.

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7.1.7.1. UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL
Este tipo de unidades tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera con apoyo a la
mitaddel balancín, se apreciael apoyo cerca del centro,el esfuerzodel motorprincipalaplicadoen
el extremodel balancínylaresistenciade lacargadel pozo estáaplicadaenel extremoopuestodel
balancín. La rotación de los contrapesos hace que el balancín pivotee sobre el eje del rodamiento
central, realizando en la varilla pulida un movimiento reciprocante a través de sus diferentes
conexiones. Los contrapesos localizados en la manivela, son bloques pesados de hierro fundido.
Estos contrapesos pueden moverse a lo largo de la manivela para producir mayor o menor efecto
de contrapeso.

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Ventajas:
1. Costosde Mantenimientobajos.
2. Cuestamenosque otras Unidades.
3. Usualmente esmejorque el Mark IIcon sarta de cabillasde fibrade vidrio.
4. Puede rotar ensentidohorarioyanti horario.
5. Puede bombearmásrápidoque lasUnidadesMark II sinproblemas.
6. Requiere menoscontrabalanceoque lasMarkII.
Desventajas:
1. En variasaplicacionesnoestaneficientecomoel Mark IIu otros tiposde unidades.
2. Podría requerircajasde engranaje másgrandesque otrostiposde unidad (Especialmente con
cabillasde acero).

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7.1.7.2. UNIDAD DE BOMBEO BALANCEADA POR AIRE
La utilizaciónde aire comprimidoenvezde pesadasmanivelasycontrapesos,el sistemade aire ha
sido tan simplificado que las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón
equilibrio. Como resultado, el tamaño de la unidad es considerablemente más pequeño,
minimizando los costos de traslado y de montaje.
Aparte de las ventajas de diseño y eficiencia con las que cuenta este tipo de unidad, tiene más
aplicaciones,principalmente paraelbombeoprofundo,enbombeode altosvolúmenesconcarreras
largas, en bombeo de crudos pesados, etc.
La unidadAerobalanceadase fabricahastael tamañoA-2560D-470-240.Esta unidadtiene240pulg.
de carrera máximacon un torque de 2,560,000 lbs-plg,osea,casi el doble de capacidadde torque
que la más grande unidad Mark II.
Ventajas:
1. Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades.
2. Los costos de transporte son más bajos que otras unidades (debido a que pesa menos)
3. Vienen en tamaños más grandes que cualquier otro tipo de unidad.
4. Puede rotar tanto en sentido horario como antihorario.

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Desventajas:
1. Son más complicadasy 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.
Otras características interesantes de las unidades balanceadas por aire son:
1. Perfecto contrabalanceo con el toque del dedo.
2. Longitudesde carrera de hasta 20 piesparapozos con altopotencial.
3. Fácil de Instalar.
7.1.7.3. UNIDAD DE BOMBEO MARK II
Las unidades Mark II basan su geometría en tres características, las cuales reducen el torque y la
carga con respecto a una unidad Convencional. Estas son:
 La ubicación de la caja reductora.
 Un punto de apoyo en el extremo de la unidad
 Una manivela desfasada.
Adicionalmente los costos de electricidad y del tamaño del motor pueden ser reducidos.

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Esta es lallamadaunidadcon montaje frontal,enlacual se distinguenlassiguientescaracterísticas
de diseño
El contrapeso, que está colocado directamente encima del reductor. Esto produce una carrera
ascendente y descendente de 195º y 165º respectivamente. Asimismo, la carrera ascendente de
195º reduce laaceleracióncuandolacargaes máximay,porlotanto,se reduce lacarga máximaen
la varillapulida.Otraventajade colocarel contrapesohaciadelante,esque se obtiene unaventaja
mecánica al levantar la carga y se reduce la ventaja mecánica durante la carrera descendente,es
decir,el factor máximode torque durante la carrera ascendente se disminuye ydurante la carrera
descendente se incrementa.
Los contrapesos están colocados en forma descentrada (con un cierto ángulo) en la manivela.
Esto produce un torque de contrabalanceo que al principio de la carrera ascendente se “retarda”
del torque del pozo, en forma similar, al inicio de la carrera descendente, el torque de
contrabalanceo queda “adelantado”.
Con las modificaciones anteriores, se consigue que la unidad trabaje igual durante la carrera
ascendente y descendente de la varilla pulida y al mismo tiempo se reduzcan las carreras.
Además, se obtiene un sistema de unitorque que produce una reducción del torque máximo
requerido hasta en un 40%.
Ventajas:
1. Tiene menortorque enlamayoría de loscasos.
2. Podría costar menos(-5%, -10%) comparada con el siguiente tamañoenunaunidad
convencional.
3. Es máseficiente que lasunidadesconvencionalesenlamayoríade loscasos.
Desventajas:
1. En variasaplicaciones,nopuedebombeartanrápidocomouna unidadconvencional debidoa
su velocidadenlacarreradescendente.
2. Solopuede rotar ensentidoanti horario.
3. En caso de existirgolpe de fluidopodríacausarmás dañoa lasarta de cabillasyla bomba.
4. Puede colocarla base de la sarta de cabillasenseveracompresióncausandofallasporpandeo.
5. Puede experimentartorquesmásaltosque lasunidadesconvencionalescuandose usancabillas
de fibrade vidrio,además,de laposibilidadde colocarlasencompresión.

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7.1.7.4. UNIDAD DE BOMBEO BAJO PERFIL
Esta unidadcombinalongitudmáximaenel recorridode la bombayrequisitosmínimosde laaltura
lo que le permite operar continuamente en sistemas de riego activo. La unidad es especialmente
adecuada para aplicaciones especiales donde se debe reducir al mínimo el impacto visual con su
"perfil bajo" el diseño.
Características y ventajas
 Bajos requerimientos de limpieza.
 El diseño permite profundidades someras
 Puede eliminar los costos asociados al entrar en espacios confinados
 Una mayor seguridad en las zonas de H2S
 La carrera ascendente y descendente con velocidades esencialmente iguales
 Diseñado para funcionar sin una cabeza de caballo
 Son unidades fácilmente removibles
 El poste maestro puesto se pliega para facilitar así el servicio (reintervención)

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7.1.7.5. UNIDAD DE BOMBEO ROTAFLEX.
Este tipode unidadesoperacon contrapesosde hierro,al igual que las unidadesde balancín,pero
su diferenciaesque el contrabalanceoesde trayectoriavertical,diseñadaparaaltosvolúmenesde
producción y tiene una carrera fija hasta de 306 pulgadas según la unidad, manejando así
velocidades más lentas y carrearas más largas.
Características y ventajas:
 Eficiente manejo de grandes volúmenes, altas cargas y pozos desviados
 Reduce el desgaste de las varillas y de la tubería ya que realiza menos ciclos.
 Aumenta la eficiencia del sistema por las velocidades bajas.
 Reduce la carga dinámica
 Facilidad de servicio e instalación - enviado en una sola pieza.
 Proporciona una mejor relación de bombeo de compresión para ayudar a eliminar
problemas de bloqueo de gas.

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7.1.7.6. UNIDADES DE BOMBEO TIEBEN
Esta unidad también es conocida como unidad hidráulica (aunque opera también de manera
neumática),sufuncionamientoesunpocomáscomplejo,estasunidadesse clasificande acuerdoal
tipo de montaje, carrera y motor con el que pueden operar.
La maneramás precisade encontrarlamejorgeometríade unidadparaunaaplicacióndadaesusar
programas predictivos de computadora tales como el RODSTAR. Con estos programas se puede
modelarla unidadde bombeousandokinematica(característicasde movimiento) de maneramuy
precisa, de la misma forma te permite comparar el comportamiento de diferentes unidades de
bombeoparaaplicacionesespecificadas.Tambiénpermite evaluarque sentidode rotaciónesmejor
aplicarle a la manivela (En sentido de las agujas el reloj o en contra del sentido de las agujas).

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7.1.8. NOMENCLATURAAPI DE LA UNIDAD DE BOMBEO
El instituto Americanoidentifica de acuerdo con la geometría y forma de la estructura, tres clases
de unidades de bombeo mecánico: Convencional,Neumático,Mark II. De la misma manera el API
ha desarrollado un método estándar para describir las unidades de bombeo. Es como sigue:
 Tipo:
C: si esuna unidadconvencional
B: si su contrapesoestáenel balancín
A: si esuna unidadbalanceadaporaire
M: si esuna unidadMark II
 el máximotorque de diseñoenel reductorenmilesde pulg-lbs.se adicionaunaletraDsi
el reductortiene doble reducción.
 la máximacarga de diseñoestructural encientosde libras.
 el máximorecorridoque suministralaunidad.
7.2. EQUIPO DE SUBSUELO
Constituye la parte esencial de este sistema, está restringido por el diámetro de la tubería de
revestimiento, y esto puede representar limitaciones a su diseño. Transmite la energía necesaria
para levantarfluidodel pozo,sirviendocomoelementoconectorentre lacara del pozoy la unidad
de superficie.Sinesteequiposeríaimposible laextraccióndelfluidode unyacimiento,cuyaenergía
no es la suficiente para producir por flujo natural.
Básicamente está conformada por:
 La bombade subsuelo
 La sarta de varillas
 Tubería de producción
 Otros accesorios

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7.2.1. LA BOMBA DE SUBSUELO
Definición:
la función de la bomba de subsuelo es levantar fluido desde el nivel del pozo hasta la superficie e
impulsarloporlalíneade flujohastael puntode recolección.Básicamentelasbombasde subsuelo
utilizadas son las bombas de barril y se dispone de muchas variaciones en los diseños de los
diferenteselementosde lamisma.De acuerdoa las condicionesde lospozosse utilizaráalgunode
los tipos de bombas de subsuelo disponibles.
Funcionamiento:
en la carrera ascendente el peso del fluido en el Tubing cierra la válvula viajera, siendo el fluido
almacenado en el barril desplazado por el pistónhacia la superficie; creando una depresión sobre
la válvulafija,ocasionandolaaperturade lamismaypor consiguiente el ingresodelfluidodesde el
revestidoral interiordel barril.Enlacarrera descendente el fluidocontenidoenel barril ejerce una
presióncontrael pistónquebaja,provocandolaaperturade laválvulaviajerayelcierre delaválvula
fija,pasandoel fluidocontenidoenel barril haciala parte superiordel pistón,hastallegaral punto
muertoinferior.Enese momento comienza la carrera ascendente volviendo a cumplirse el ciclo.
Elementosprincipales:
básicamente loselementosque conformanlabombasoncuatroy son:
 Barril de trabajo(cilindro)
 Pistón
 Válvulafija
 Válvulaviajera

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 Anclaje de fondo (mecanismode sello)
Barril:
Existen diferentes tipos de barriles para bombas de subsuelo, estos pueden ser estacionarios o
móviles, de paredes delgadas para pozos someros a medianamente profundos o paredes gruesas
para mayores profundidades, con anclaje de fondo o anclaje superficial, barriles tipo cámara
(Tubing) o tipo camisa (liner).
Pistón:
Los pistonesparabombasde subsuelopuedenserde acuerdoa su configuraciónlisos,de copa,de
sucesiónde anillos,estriados,etc.Yde acuerdoal material se clasificanenmetálicosynometálicos.
Algunas características importantes son: los pistones metálicos son de redondez precisa en la
superficie exteriorypuede serde acero, cromo o níquel plateadoy metal pulverizado(aleaciónde
boro, cromo y silicio).Estosúltimossonrecomendados paracondicionesabrasivas,perodondeno
existan problemas de ácido sulfúrico.
Los pistones de copa comúnmente se utilizan en barriles con bombas de tubería de producción.
Comúnmente se fabricanlascopasde lonaimpregnadade brea,caucho o plástico,laaplicaciónde
estos pistones esta restringida a poca profundidad y han ido desapareciendo del mercado.
Los pistonesde composiciónde anillosconsistenenunnumerogrande de anillosde tela y caucho
enranurasindividualescortadasenunmandril demetal.Tampocosonmuyrecomendablesamenos
que sea para poca profundidad.Lalongitudde unpistónpuede determinarse fácilmente aplicando

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unareglaempíricaque determinaunpie de pistónporcada1000 piesde profundidad.Unalongitud
de 6 pies es satisfactoria para más de 6000 pies.
Válvulas:
Las válvulas en una bomba de subsuelo son partes criticas; cada válvula debe operar con cada
carrera de la bomba, alternadamente,así la válvula fija permite el llenado del barril y la válvula
viajera la descarga del fluido, abriendo con la restricción mínima de fluido y cerrando para no
permitir perdidas. Fallas en las válvulas son la caída más común de fallas en las bombas. La
especificación 11AX del API para válvulas de bola y asiento no especifica los materiales de
manufactura, sin embargo, solo se controlan tres dimensiones. La bola y el asiento de una válvula
sonhechoscomo unpar, y estosnodebenserintercambiadosconlabolay asientode otraválvula.
El diseño API para válvulas de bola es el más comúnmente utilizado en bombas de subsuelo.
Para prematuro desgaste de válvulas en pozos con problemas de arena se recomienda utilizar
válvulas y asientos de mayor dureza como son los de carburo de tungsteno o también un doble
juegode válvulasyde estamanera, aunque se deposite arenaenunade las válvulas,el cierre será
asumidoporlaotra, evitandounaviolentadescargade fluidoa travésde laprimeraincrementando
la vida útil de la bomba.
Anclaje de fondo:
Otroelementoque puedaconsiderarsecomoparteconstitutivaadicionalde lasbombasde subsuelo
esel anclaje de fondo.Sufunciónesanclary sellarlabombaa latubería de producciónypuede ser
del tipo de copas y de tipo mecánico. El primero utiliza plástico o un material similar para que
funcione comoselloyel segundose utilizaparacondicionesextremasde temperaturadonde el de
copas no es recomendable.
7.2.2. TIPOS DE BOMBAS DE SUBSUELO
Las dos principales categorías de bombas de subsuelo son tipo tubería (tubing pumps) y de tipo
insertosovarillas(insertpumps)que se especificanenlanormaAPI11AX,sudiferenciaradicaenla
forma como está instalado el barril de trabajo en el pozo.
Las bombasson tantode paredgruesacomode pareddelgada.Lasde pared delgadasonutilizadas
enpozos pocoprofundosdebidoasu capacidadlimitadade lasparedesa losesfuerzos.Barrilesde
pared gruesa son utilizados en pozos más profundoso bombas de diámetro grande que necesitan
soportar grandes cargas de fluido. La profundidad máxima de asentamiento depende de cual tipo
de bomba es:

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7.2.2.1. BOMBAS INSERTABLES
Son aquellas que van introducidas en la tubería de producción y conectadas a la sarta de varillas,
usualmente el barril,el pistónylas válvulasse fabricanen un soloensamblaje yla bombase ancla
en el niple de asiento. Se clasifican así mismo de acuerdo al barril.
 Barril estacionarioyanclaje superior.
 Barril estacionarioyanclaje inferior.
 Barril viajeroyanclaje inferior.
Bombas de varillas con ancla superiory barril estacionario:
En la siguiente figura se muestra la sección transversal de una bomba RHA durante el recorrido
ascendente. Su barril de trabajo se mantiene en su lugar, en la parte superior del conjunto de la
bomba, una posición de asentamiento preferida en la mayoría de las instalaciones de bombeo, el
pistón de la bomba RHA es metálico.
Otras bombasenestacategoríason lasRWA,con un barril de pareddelgaday unpistónmetálico,y
las RSA, con barril de pared delgada y un pistón flexible.

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Ventajas:
 El ancla superioresrecomendadaenpozosarenososporque laspartículasde arenasno se
puedenasentarsobre elniple de asentamientodebidoalaaccióncontinua de lavadode los
fluidosbombeados.Porlotanto,elconjuntode labombausualmentenose pegayse puede
retirar fácilmente si se requiere mantenimiento.
 Cuando se bombean fluidos gasíferos en pozos con bajos niveles de fluidos, esta bomba
trabaja bien porque laválvulafijase sumerge muchomás profundoenlos fluidosdel pozo
que en las bombas ancladas en la parte inferior.
 Un separador de gas se puede conectar directamente al barril de la bomba cuando hay
presencia de gas libre.
 Si se requiere un barril de más tamaño, el ancla superior proporciona un mejor soporte al
conjunto de la bomba que un ancla inferior. El movimiento del barril también puede ser
inferior con una acción limitada de fricción del barril contra la tubería de producción.
Desventajas:
 Dada la posición del ancla superior. La parte externa del barril queda con una presión de
succión,mientrasque laparte internaquedaexpuestaa una altapresiónhidrostáticade la
columnade líquidoenlatubería de producción,el mayordiferencial de presiónatravésde
susparedespuede deformar,oincluso,reventarel barril,especialmentesi esunaparedde
tipo delgado,
 En lacarrera descendente,el barrilquedaexpuestoaelevadascargastensorasocasionadas
por el peso de la columna de líquido que es aguantada por la válvula fija. La resistencia
mecánica del barril, por consiguiente, limita la profundidad con la cual se puede utilizar
dichas bombas.
 La varillade laválvulase puede desgastarporlafriccióncontrasu guía y puede convertirse
en un aclope débil en la sarta de varillas.

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 Comparando con las bombas de barril viajero, esta bomba no tiene más partes y por
consiguiente, los costos iniciales son mayores.
Bombas con Ancla Inferior y Barril Estacionario:
La sección transversal de una bomba RHB durante el recorrido ascendente se observa en la figura
siguiente.Estabombaes la que primerose deberíaconsiderarpara el trabajoen pozosprofundos.
El barril de trabajoesta agarrado a latubería, enla parte inferiordel conjuntode labomba,lo cual
tiene ventajasdefinidas en pozos profundos.Las bombas RHB tienen pistones metálicosy barriles
de paredgruesa.LasbombasRWBtiene unbarrilconpareddelgadaylasbombasRSBtieneunbarril
de pared delgada y un pistón flexible.
Ventajas:
 El exterior del barril siempre esta abajo presión hidrostática ejercida por la columna de
líquido en la tubería de producción. En consecuencia, el diferencial de presión a través de
la pareddel barril es mucho menorque enlas bombascon ancla superior,haciendoque el
barril quede menospropensoaundaño mecánico.Porconsiguiente,estabombase puede
utilizar en regiones más profundas que las bombas de varillas de anclaje superior.
 El empleo de esta bomba es aconsejable en pozos con bajos niveles de fluidos porque se
puede poner a funcionar muy cerca del fondo del pozo, el punto más profundo del
mecanismo de bombeo, será el niple de asentamiento.
 La válvulafijaesusualmentemásgrande que laválvulaviajerayestacaracterística asegura
una entrada regular a la bomba. La tendencia a la espumación de los fluidos del pozo
también se reduce.
 Enlospozosdesviados,elbarrilpuedepivotarsobre el nipledeasentamiento,locual reduce
el desgaste.

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Desventajas:
 Durante el periodode descansooenunaoperaciónintermitente,laarenauotraspartículas
sólidasse puedenasentarenlaparte superiordelpistón,lascualesse puedenpegaral barril
cuando se encienda nuevamente la bomba.
 El espacio anular entre la tubería y el barril se puede llenar con arena u otros solidos
impidiendo la sacada de la bomba.
 La varilla de la válvula puede convertirse en un punto débil comparado con la sarta de
varillas.
 El costo de la bomba es más alto que las bombas con barril viajero debido a la mayor
cantidad de partes.
Bombas de Varillas con Barril Viajero:
La operación de cualquier bomba de pistón se fundamenta en el movimiento relativo que existe
entre el pistón y el cilindro. A partir de esta situación, se dice entonces que la misma acción de
bombeo se logra en una bomba de varillas si el pistón es estacionario y se mueve al barril. Las
bombasde varillasconbarril viajerooperansobre este principioyel pistónse mantiene ensulugar
mientrasel barril es movidopor la sarta de varillas.La posicióndel anclao agarre invariablemente
esenel fondodel ensamblede labomba.Lafigurasiguiente se presentaunaseccióntransversalde
una bomba RHT. El pistón deviene agarrado al ancla de fondo por un pequeño tubo de arrastre
hueco. A través del cual los fluidos del pozo entrar a la bomba.
La válvula fija, situada en la parte superior del pistón,es más pequeña que la válvula viajera. Las
bombas conpareddelgadaestáncodificadasconlasletrasRWTyaquellasconunpistónflexiblecon
las letras R.S.T.

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Ventajas:
 El barril viajeromantieneelfluidoenmovimientoalrededordelancla,evitandoquelaarena
y otros solidosse asiente entre el niple de asentamiento yel ancla.Polo tanto.El conjunto
para deducir la bomba usualmente está libre de problemas.
 Esta bomba es recomendada para el bombeo intermitente de pozos arenosos ya que la
arena no se puede quedar entre el pistón y el barril durante los periodos de cierre.
 La conexiónentre lasarta de varillasy el barril viajeroesmás fuerte que entre la varillade
la válvula y la sarta de varillas en las bombas con barril estacionario.
 Tiene unainstrucción resistente,conmenospartesque las bombasconbarril estacionario
y menoscostosos.
Desventajas:
 El tamañode laválvulaeslimitadoporquese fijaal barril.Esunaválvularelativamentemás
pequeñaque ofreceunaaltaresistenciaal flujodel fluido,permitiendoque elgasse separe
de la solución,originandoasíuna deficienteoperación de labombaenlospozosgasíferos.
 En lospozosprofundos,laelevadapresiónhidrostáticaque actúasobre laválvulafija,enel
recorrido descendente, podría ocasionar el doblamiento del tubo extractor y se puede
originar un exceso desgaste entre el pistóny el barril. Esto limita la longitud del barril que
se puede usar en pozos profundos.
 El bombeo de fluidos altamente viscosos no es recomendado ya que la válvula fija puede
producir una caída de presión o a la entrada de la bomba.
7.2.2.2. BOMBAS DE TUBERIA:
Las bombas de tubería representan el tipo más antiguo de bombas de succión y tienen una
construcciónmuysimple.Suventajainherentesobre losotrostiposde bombas,essurelativamente
mayor capacidadde bombeoya que tienenunbarril másgrande.Una representación esquemática
de una bomba de tubería se aprecia en la figura siguiente. Presenta una bomba con un pistón
metálico diseñado por el API con el código TH: la misma bomba, pero con un pistón flexible esta
codificado con TP.

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Adicionalmente,encasode problemasconla bomba es necesariosacar completamente latubería
de producción.
Ventajas:
 Bomba mucho más grande en una tubería dada, con diámetros internos el barril de ¼ de
pulgada más pequeños que el diámetro interno de la tubería. Estos barriles permiten un
mayor volumen de fluido que cualquier otro tipo de bomba.
 Tiene unaconstrucciónmuchomás fuerte.El barril esuna parte integral de latubería y así,
puede soportargrandes cargas. La sarta de varillasestá directamente conectadaal pistón,
haciendo que la conexión sea más confiable que en las bombas de varilla.
 Las bombasde tuberíade producciónusualmente sonmenoscostosasque lasde varillasya
que tienen menos partes.
 Los mayorestamañosde lasválvulaspermitenmenosperdidasde presiónenlabomba,así
que también es posible la producción de fluidos viscosos.
Desventajas:
 Las operacionesde limpiezade unpozo usualmente requierenque latubería sea retirada;
los altoscostos de reparaciónde la bombason los mayoresinconvenientesde lasbombas
de tubería de producción.
 Las bombas de tubería de producción funcionanmuy deficientemente en pozosgasíferos.
El espacio muerto relativamente grande (el espacio entre la válvula fija y la válvula viajera
al final del recorrido), ocasiona una pobre acción de la válvula y una baja eficiencia de la
bomba.
 La profundidad de levantamiento puede verse limitada por las grandes cargas de fluido
asociados con las mayores áreas del pistón y se podría requerir el empleo de varillas de
succión de alta resistencia. A mayores profundidades, se espera que se presente una
excesiva perdida de recorrido del pistón dado los mayores estiramientos de la tubería y la
varilla.
7.2.3. SELECCIÓN DE LA BOMBA DE SUBSUELO
Enel diseñoyoperaciónde unsistemade bombeomecánico,unade lasprimerasymásimportantes
consideracioneseslaselecciónde labombade subsuelo.Estoquieredecir,laseleccióndeltamaño
de la bomba, longitud de la carrera y los golpes por minuto para proveer la tasa de producción
deseada, además de la selección de un adecuado diseño de bombeo, lo cual garantizara una
operaciónconfiable conunmantenimientomínimo,de acuerdoalas condicionesexistentesenlos
pozos.
En los inicios de la industria petrolera era sencilloseleccionar una bomba subsuperficial porque la
consideraciónmásimportante entonceseramaximizarsutamañode acuerdoal del Tubing.Existía
solo un diseño disponible que era una bomba de Tubing con un soft-pack.

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Con el pasar del tiempo la profundidad llego a ser un factor a considerarse, y se comenzaron a
utilizar las bombas insertables y crecieron en número las diseñadas para ofrecer un trabajo más
eficiente para diferentes condiciones en el pozo.
7.2.4. DESIGNACIÓN API DE LAS BOMBAS DE SUBSUELO
El Instituto Americano del Petróleo (API) ha desarrollado un método para designar las bombas de
subsuelo. La designaciónAPI proporciona una manera concisa para describir las bombas. La figura
siguiente muestra como el código de la bomba es definido usandoun ejemplo. En este ejemplo el
códigode la bombarepresentaunabombade 1-1/4” y tuberíade 2-3/8”. Es una bomba de cabilas
insertables con barril estacionario, pared gruesa, anclada en el fondo, y un ensamblaje de
asentamiento de copas. El barril es de 10 pies de longitud, tiene un pistón de cuatro pies, y una
extensión de dos pies de longitud.
El API ha desarrollado un método para la designación de las bombas de subsuelo.
RHA: Cabillas,barril estacionariode paredgruesa,ancladaenel tope.
RLA: cabillas,barril estacionario,ancladaenel tope.
RWA: cabillas,barril estacionariode pareddelgada,ancladaenel tope.
RSA: cabillas,barril estacionariode pareddelgada,ancladaenel tope, pistónde labombatipo
empacadurasuave.
RHB: cabillas,barril estacionariode paredgruesa,ancladaenel fondo.
RLB: cabillas,barril estacionario,ancladaenel fondo.
RWB: cabillas,barril estacionariode pareddelgada,ancladaenel fondo.
RSB: cabillas,barril estacionariode pareddelgada,ancladaenel fondoempacadurasuave.

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RHT: cabillas,barril viajerode paredgruesa,ancladaenel fondo.
RLT: cabillas,barril viajero,ancladaenel fondo.
RWT: cabillas,barril viajerode pareddelgada,ancladaenel fondo.
RST: cabillas,barril viajerode pareddelgada,ancladaenel fondo,empacadurasuave.
TH: de tubería,barril de paredgruesa.
TL: de tubería,linerbarrel puma.
TP: de tubería,barril de paredgruesa,empacadurasuave.
7.2.5. SARTA DE VARILLAS DE SUCCIÓN
La sarta de Varillas es la parte más vital del Sistema de Bombeo Mecánico ya que proporciona el
vínculoentre la unidadde Bombeoen la superficie ylabombade subsuelo.El comportamientode
la sarta de Varillas puede tener un impacto fundamental sobre la eficiencia del levantamiento del
fluidoysu eventual fallaoriginaunapérdidatotal de la producción.Porconsiguiente,unaSartade
Varillas diseñada apropiadamente no solo asegura buenas condiciones de operación, sino que
también puede reducir considerablemente los costos totales de producción.
La Sartade Varillasestácompuestadevarillasdesucciónindividual,conectadaunasconotras,hasta
alcanzarlaprofundidadrequeridade bombeo.Lasprimerasinstalacionesde bombeousaronpostes
de madera, con acoples finales en acero para facilitar la unión entre las varillas. Luego, con la
perforaciónde pozosmás profundos,se requiriómayorresistenciade lasvarillas,ya principiosde

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siglohicieronsuapariciónlas varillasde acero sólidocon extremosforjadosparaacomodar roscas
hembraso macho,un diseñoque hasta la fecha no ha cambiado.Los avancesmás importantesen
los métodosde la fabricaciónde la varillade succión durante los últimosañosson la aplicaciónde
un tratamientoal calor para mejorarla resistenciaala corrosión,mejores construccionesenel pin
y el empleo de rodillos en lugar de cortes para hacer precisas las roscas. Las varillas de Acero,
diferentes a las del tipo sólido, también quedaron disponibles, así como también, la varilla de
succión hueca o tubo de varilla, la varilla continua y la varilla flexible.
Las varillas generalmente son fabricadas 100% acero. Existen sartas parcialmente en acero y fibra
de vidrio,lascualessonutilizadasenlocacionesconproblemasde corrosión,parareducircargasen
la unidadde bombeo,para evitarcomprar unidadesexcesivamente grandesopara incrementarla
tasa de producción.La longitudde varillasmáscomúnenaceroes 25-30 piesy enfibrade vidrioes
37.5 pies,porlo cual lasegundareduce el númerode acoplesyhace que la sarta seamás ligera.La
varilla de acero sólido es el tipo de varilla más utilizado y ha sido estandarizada por el American
PetroleumInstitute desde1926 comoserádescritoenlasiguiente sección.De acuerdoconlaúltima
especificación API 11B, las varillas de succión vienenen presentaciones de 25 o 30 pies (7.6 o 9.1
metros) de largo. Los diámetros de la varilla van desde ½ pulgada a 1 1/8 de pulgada con
incrementos de 1/8 de pulgada.
La selecciónde lasartade varillasdependede laprofundidaddel pozoylascondicionesde
operaciónde este.
Su diseñoconsiste enseleccionarlasartamás ligeraypor lo tantomás económica,sinexcederel
esfuerzode trabajode laspropiasvarillas.
El esfuerzode trabajodepende de lacomposiciónquímicade lasvarillas,propiedadesmecánicasy
fluido bombeado.

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7.2.5.1. TIPOS DE VARILLAS Y ACOPLES
El material de las varillas de Succión en acero normalmente tiene un contenido de Hierro de más
del 90%.Loselementosdealeaciónsonagregadosparaincrementarlaresistencia,durezay mejorar
los efectos de los tratamientos metalúrgicos y combatir la corrosión. Los acerosutilizadosparala
fabricación de las varillas son Aceros al carbono y Aceros de Aleación. Los Aceros al Carbono
contienen Carbono, Manganeso, Silicio, Fósforo y Azufre. Los Aceros de Aleación contienen
elementos adicionales, además de los anteriores. Los diversos fabricantes ofrecen distintas
composiciones bajo numerosos nombres comerciales.
El InstitutoAmericanodel Petróleo,ensuespecificación11B,presentalacomposiciónquímica
base de los acerosrecomendadosparalafabricaciónde lasvarillasde bombeo.
Tabla. PropiedadesQuímicasyMecánicasde losmaterialesde unavarillade succiónAPIde acuerdo
con la especificación API 11B.
Ejemplo:VarillaAPI No. 86
Clasesde Varillas:
 Clase K: Resistenteacorrosión
 Clase C: Resistente acorrosión,trabajopesado
 Clase D: TrabajoextrapesadosinH2S

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De acuerdocon el APIEspecificación11B, lasvarillasgrado K, son fabricadascon acero tipoAISI A-
46XX aleación Níquel-Molibdeno de baja resistencia, el cual tiene una resistencia aceptable al
ataque de H2S, y sólodeberáser sometidoa cargas enel rango de 25.000 a 28.000 psi de trabajo.
Dado su contenido de níquel, el grado K es considerablemente más costoso que el grado C, pero
igual puede ser utilizado en algunas aplicaciones especiales.
Las varillasgradoC,correspondenaunacero al Carbono -ManganesotipoAISI 10XXo 15XX, siendo
el máseconómicodetodoslosgradosdisponiblesyeldemenor resistenciaalacorrosión.Suempleo
se limita a aquellos diagramas de cargas con límites entre los 30.000 y 33.000 psi de trabajo. Este
tipo de material debe ser protegido con inhibidores químicos si se va a exponer en ambientes
corrosivos.
En la categoría gradoD, el APIestipulatrestipos de aceroa saber;enacero al Carbono-Manganeso
tipo AISI 10XX o 15XX con una resistencia de 36.000 a 38.000 psi de trabajo, en acero aleado al
Cromo-Molibdeno tipo AISI 41XX de alta resistencia, con un rango entre 40.000 y 45.000 psi de
trabajo y en acero especial cuyacomposiciónquímicadebe tenerun contenidomínimode cromo,
níquel ymolibdenode 1.15%enlamezcla.TodaslasvarillasgradoDdebenserprotegidasde fluidos
corrosivos.
Lasvarillasde fibradevidrioestándisponiblesenresinasde poliésteryenresinas de ésteresvinílicos
con vidrioy se fabrican mediante unprocesoconocidocomo extrusiónporestirado.El éxitode su
rendimientoestáenlaconexión.Sucargamáximaestáenelrangode 35.000a38.000 psi de trabajo.
Los diámetrosexternosparalas varillasde acero varían de 5/8" a 1-1/2", mientras que las de fibra
de vidrio se proveen en diámetros externos de 7/8" a 1-1/4".
7.2.6. TUBERIA DE PRODUCCIÓN
La tuberíade producciónenunpozode bombeo,esel medioparatransportarelfluidoalasuperficie
y para soportarlomientraslabombabajaarecogerotra carga. En lamayoría de lasinstalacionesde
bombeo,cuandolaprofundidadde labombanoexcede los5000 pies,latubería essuspendidapor
el cabezal. A profundidades mayores, la tubería debe anclarse. Se fabrican en tamaños de 1,9”, 2
3/8”, 3 ½”, 4”, 4 ½”.
8. FUENTES DE REDUCCIÓN DE RENTABILIDAD
Para optimizar el comportamiento de sistemas por bombeo mecánico es importante identificar y
entender los problemas que reducen la rentabilidad. Las dos principales fuentes de reducción de
rentabilidadsonbajaeficienciadel sistemayfallasenel equipo.Nosotrospodemossubdividireste
de la siguiente manera:
Eficienciabajadel sistema:
 Bombadesgastada
 Golpe de fluido
 Unidaddesbalanceada
 Mal diseñodel tamañodel motor

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Fallasdel equipo:
 Cabillaspartidas
 Fuga entubería
 Fallasenla bomba
 Fallasenla caja de engranaje.
9. DINAGRAMA
Es uninstrumento indispensablecuandose utilizabombeomecánicocomo levantamientoartificial.
Éste registray mide enformacontinualascargasy lasdeformacionesque soportael vástagopulido
ycomo resultadomuestralascartasdinamométricascorrespondientesquedeben serinterpretadas
para determinarlosproblemasque existenenel fondodel pozoydar lassolucionespertinentes.El
gráficofinal representalaCargavs.Posiciónyse obtiene conociendolacarreracorrespondientedel
vástago del balancín.
El bombeomecánicosigue siendoel métodode levantamientoartificialmás utilizado.Losmétodos
para analizar el desempeño del sistema de bombeo mecánico se basan en el desarrollo del
dinamómetrorealizadoporGilbert1yFagg2,donde lacargaenlavarillalisase registragráficamente
en función de su posición, para generar una gráfica que representa el trabajo hecho en superficie
por la unidad de bombeo mecánico para cada carrera de la bomba.
Los primerosdinamómetrosfueronutilizadosa principiosde losañosveinte,desdeentonces,tanto
el hardware como los métodos de evaluación han mejorado considerablemente haciendo que la
mediciónsimultáneade diversosparámetrosdinámicos(kilovatiosde entrada,factor de potencia,
torque del motor, torque de la caja reductora, velocidad, aceleración, carga, etc.) sea
económicamente posible, es así que las primeras y más importantes interpretaciones cualitativas,
se han convertido en métodos de análisis exactos, sofisticados y altamente confiables.
La característicabásicadel dinamómetroelectrónicoesque lostransductores electrónicos(enlugar
de los dispositivos mecánicos o hidráulicos) son utilizados para medir las cargas del pozo y los
desplazamientos de la varilla. Un dinamómetro de este tipo permite no sólo elaborar las cartas
dinamométricas de superficie, sino también, suministra datos básicos para construir las cartas
dinamométricas de fondo.
Los desarrollos más recientes se han concentrado en refinar las técnicas de interpretación de las
características de estacurva de carga-desplazamientoparalograrun análisisdetalladodel sistema,
dentro de estos desarrollos cabe mencionar:
 El porcentaje de llenado de la bomba.
 El desplazamiento de la bomba en barriles por día.
 Operación y fuga de las válvulas de la bomba
 Distribución de carga en la sarta de varillas
 Carga de fatiga y colapso de varillas
 El desplazamiento efectivo del pistón de la bomba.
 La velocidad de bombeo.

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 Si lascargas máximay mínimade la barra lisaestándentrode la capacidad de la unidadde
bombeo y de las varillas
9.1.TIPOS DE DINAGRAMA
Existendostiposde Dinagramas,Dinagramadesuperficie yDinagramade fondo,siendoesteúltimo
el más adecuado y más fácil de interpretar ya que su forma depende únicamente de los que esté
pasando en la bomba.
9.1.1. Dinagrama de Superficie
El Dinagrama de superficie es un registro de cargas, sobre la barra pulida para determinar en
superficie el comportamiento de la bomba durante cada ciclo de bombeo.
9.1.2. Dinagrama de Fondo
Para entenderlaformade unDinagrama de fondoes necesariocomprenderlascondicionesfísicas
en las que está operando el barril, el pistón y las válvulas en el ciclo de bombeo.
Un Downhole card o Dinagrama de fondo es un Dinagrama de "Carga Vs Posición" de la primera
varillaporencimade labomba yes obtenidopormediode laecuaciónde ondamediantelacual se
construye la carta de fondo de la bomba y se determina la carga sobre los tramos de varilla
Figura.Graficaque muestralosdostiposde Dinagramas y lasposicionesde donde sonconstruidos

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Algunas de las diferencias de estos dos tipos de Dinagramas radican en que el Dinagrama de
superficie de pende de factores como:
 Profundidadde labomba
 Diseñoymaterial de lasarta de varillas
 Velocidadde bombeo
 Tipode unidadde bombeo
 Tipode motor
 Condicionesde operaciónde labomba
En cambio, el análisis y la forma de un Dinagrama de fondo solo depende de las condiciones de
operaciónde labomba.Estohace muchomás fácil el análisiscualitativode lacalidadoeficienciade
operación y se puede determinar cuáles son los problemas que disminuyen la producción.
En la actualidadse cuentacon Dinamómetrosdigitalesconsoftware que calculan unDinagramade
fondoa partir de un Dinagramade superficie.
Figura. Dinagrama de fondo teóricocon bomba llena
Partes que conforman la carta:
A. Carreraascendente
B. Finde la carrera ascendente e iniciode lacarrera descendente
C. Carrera descendente
D. Finde lacarrera descendente e iniciode lacarrera ascendente

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9.2. INTERPRETACIÓN DE DINAGRAMAS
Se ha determinado que la toma de cartas dinamométricas es útil para detectar los problemas que
existenenel campocuandoel sistemade bombeomecániconoproduce ytambiénpara encontrar
las posibles soluciones. La interpretación consiste en un análisis cualitativo de la carta donde
además se pueden jugar con algunos parámetros de diseño. Por lo tanto, cualquier variación de
alguno modificará la carta dinamométrica correspondiente.
Existe una serie de síntomas que permiten confeccionar un diagnostico eficiente al pozo que se
estudiacomplementándose enlamayoríade loscasosconlamediciónde nivelusandoelecómetro
9.2.1. Proceso para identificar las partes de un “Downhole Card” y sus problemas.
Para estar en capacidad de realizar un análisis cualitativo a un dinagrama de fondo o "Downhole
card" se puede lograr de dos maneras posibles.
1.- Aprenderse todas las formas de los problemas que puede presentar la bomba
de subsuelo.
2.- Saber identificar las partes de un "Downhole card" y los problemas que pueden
cambiar su forma.
Para la segunda opción se debe comprender las partes que conforman la carta:
Figura. Regiones de un dinagrama
1) Carrera ascendente.Tramo1 de A @ B
2) Finde la carrera ascendente e iniciode lacarrera descendente.Tramo2de B @ C.
3) Carrera descendente.Tramo3 de C @ D
4) Finde la carrera descendente e iniciode lacarrera ascendente.Tramo4de D @ A

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Tabla. Forma eficiente ydeficiente de lasregionesde un dinagrama.
9.3. DINAGRAMAS DE LOS PROBLEMAS MAS REPRESENTATIVOS
Las siguientesgráficasmuestranlascartasdinamométricasde fondoysu respectivainterpretación,
para ocho casos que se encuentran con alta frecuencia.

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9.3.1. Buen llenadode bomba con tubería anclada.
Durante el bombeo la tubería de producción suele sufrir el efecto del pandeo, que en ocasiones
afecta significativamente laeficienciade labomba, por lo cual es necesarialainstalacióndel ancla
de tubería.La figura1 muestrauna carta dinamométrica,de unapruebarealizadaaunpozoel cual
tiene la tubería anclada:
El dinagramade fondomuestrauna gráficaque se asemejabastante a un rectángulo,estose debe
a que la bomba está presentando un muy buen llenado, y además a que la tubería se encuentra
anclada. Del dinagrama anterior se puede decir que el pozo se encuentra operando en óptimas
condiciones.
9.3.2. Buen llenadode bomba con tubería no anclada.
En ocasiones el efecto del pandeo no afecta considerablemente la eficiencia de la bomba, este es
caso que muestrala figura2. Como en el caso anteriorestacarta dinamométricatambiénmuestra
un buen llenado de bomba, pero con la diferencia que la tubería no se encuentra anclada, esto se
nota en la inclinación que presenta la gráfica.

pág. 43
9.3.3. Golpe de fluido.
Por logeneral existendiseñosenlosque laproducciónnose equiparacon larestauracióndel pozo
y se puede presentar un golpe de fluido por no poseer un buen nivel en el pozo, es decir que el
pistón no se llena en su totalidad y cuando el pistón baja pega un golpe fuerte en el fluido.
La figura 3, muestra una carta dinamométrica que representa un severo golpe de fluido.
Dependiendo de las facilidades que se tengan en el campo se pueden recomendar tres posibles
soluciones para este caso:
 Disminución de la velocidad de bombeo.
 Reducción de la longitud del stroke.
 Aumento de la profundidad de la bomba para darle mayor sumergencia.
9.3.4. Bloqueo por gas.
Las bombasse encuentrandiseñadasparamanejarel bombeode líquidoynode gas, porlo cual se
presentanproblemascuandoelgaspenetraenlabomba,estecausaunefectollamadobloqueopor
gas, que disminuye la eficiencia de bombeo, este caso se ilustra en la figura 4.

pág. 44
En este caso el problema se debe al bloqueo de la bomba por compresión de gas, el cual reduce
significativamenteel llenadode labomba.Paraeste problemaunasoluciónseríadejarlasalidadel
revestimientoabierta,si con esta medidano es suficiente,debe analizarse laviabilidadde instalar
un separador de gas.
9.3.5. Mal funcionamientode la válvula viajera.
Otro problemaque se presentaconbastante frecuenciaeslapérdidade carga debidaafugas enla
válvulaviajera, lafigura5muestrauna carta dinamométricaenlaque se evidenciaeste problema:
La carta dinamométrica anterior presenta una gran pérdida de carga en la válvula viajera, que se
puede notar claramente al inicio y al final de la carrera ascendente.
9.3.6. Mal funcionamientode la válvula fija.
De igual manera que la válvula viajera, la válvula fija puede presentar fugas, este es el caso que
ilustra la figura 6.
Este dinagramamuestra un mal funcionamientode laválvulafija,el cual afectasignificativamente
el llenado de la bomba.

pág. 45
9.3.7. Mal funcionamientode ambas válvulas.
Este caso presentasimultáneamente lafallade ambasválvulasypuede verseenlafigura7:
En este caso se presenta mal funcionamiento de las válvulas de la bomba, tanto la fija como la
viajera,debidoaeste mal funcionamientoenla carta dinamométricase encuentrancurvaturasen
la parte superior e inferior, correspondientes a las perdidas en la válvula viajera y a la fija
respectivamente.
9.3.8. Varilla partida.
Este problema se debe ya sea al rompimiento de la varilla o a que la sarta de varillas se haya
desenroscado. La carta típica que se presenta en este caso se muestra en la figura 8:
El dinagrama anterior muestra el caso en que la sarta de varillas se encuentra partida o
desconectada, en esta situación la única solución es sacar y reparar la sarta de varillas.

pág. 46
10. POZOS EN BOLIVIA CON EL SISTEMA DE RECUPERACIÓN POR BOMBEO MECANICO
Actualmente existe en Bolivia campos antiguos que se encuentran en estado de producción por
recuperación primaria con ayuda de sistemas de levantamiento artificial, el bombeomás utilizado
en Bolivia es el Gas Lift, pero también se cuenta con algunos pozos con Bombeo Mecánico, a
continuación,se muestraloscampos y pozosque producenactualmente coneste tipode bombeo
y otros.
CAMPO
NUMERO DE
POZOS
POZOS
SISTEMA DE
LEVANTAMIENTO
TATARENDA 2
TTR-6, TTR-
11(cerrado) Gas Lift
TATARENDA 1 TTR-24
Progresive Cavity Pumping
(PCP)
TATARENDA 1 TTR-7 Plunger Lift
COLPA 5
CLP-3,CLP-9, CLP-41,
CLP54L&C, CLP-55 Gas Lift
CARANDA 6
CAR:2-9-55-61-81-
1002LC
Gas Lift
BERMEJO 3 7-10-34 Bombeo Mecánico
BERMEJO 1 2 Bombeo PCP
TORO 13
4-6-7-8-12-14-15-16-19-
24-29-31-39
Bombeo Mecánico
TORO 1 25 Bombeo PCP
SURUBI NO 3
SRB-NO-X1, SRB-NO-
X2, SRB-NO-3H
Gas Lift
CAMBEITI 4
CBT-002, CBT-004,
CBT-008, CBT-
011(cerrado)
Gas Lift
SURUBI 11
SRB: A1, B2, C1, C3st,
C4, C5, C7-PTC, C8-
ST, D2, D3, D4st.
Gas Lift
PALOMA 7
PLM: B2, B4E, B5, C4,
C5, C6, C7.
Gas Lift
SURUBI BB 6
SRB-BB-X101-PTC,
SRB-BB-X103, SRB-
BB-X104 LC, SRB-BB-
105, SRB-BB-109,
SRB-BB-110
Gas Lift
MONTEAGUDO 7
MGD:14, 16, 24, 30, 31,
40, 1003 (cerrado)
Gas Lift
LOS PENOCOS 2
LPS-X1(cerrado), LPS-
X3D
Bombeo Mecánico
LOS PENOCOS 1 LPS-4 Gas Lift
LA PEÑA 1 LPÑ-13 Gas Lift
CAMIRI 2 CAM-003, CAM-079 Bombeo Mecánico
CAMIRI 13
CAM: 56, 57, 68, 80,
89,105, 114, 122, 134,
162, 166, 167, 175,073,
123.
Gas Lift
LOS CUSIS 9
LCS-01:A, LCS-02:ST,
LCS-03:D, LCS-04:T ,
Gas Lift

pág. 47
LCS-05:D, LCS-07:D,
LCS-10:HST , LCS-
11:D, LCS-12:H
PATUJUSAL 13
PJS-01:H, PJS-02:T,
PJS-04:T, PJS-07:T,
PJS-08:T, PJS-10:T,
PJS-11:T (cerrado), PJS-
12:H, PJS-13:H, PJS-
14:H, PJS-15:H, PJS-
16:D, PJS-18:D (parado
transitoriamente)
Gas Lift
CARRASCO FW 2 CFW-02:T, CFW-03:T Gas Lift
HUMBERTO SUAREZ
ROCA
4
HSR-04:T, HSR-05:T,
HSR-08:T(cerrado),
HSR-10:T (cerrado)
Gas Lift
PATUJUSAL OESTE 2
PJO-01:H, PJO-02:H
Gas Lift
KANATA NORTE 3
KNN-02:Xptc (parado
transitoriamente), KFW-
01:T (parado
transitoriamente), KNN-
04:H
Gas Lift
KANATA 1 KNT-04:H Gas Lift
El pozocamiri-03(CAM-3) consideradounode lospozosmásantiguosdeBolivia,desde el7de mayo
de 1930 sigue produciendohastalaactualidadconel sistemade Bombeomecánico,esunpozode
943 metrosde profundidad,petróleode 52,6gradosAPI.Actualmenteestáen declinación, peroaun
aporta entre 20 y 21 barriles diarios de petróleo.
11. TIPOS DE FALLAS QUE PUEDEN PRESENTAN LAS VARILLAS
11.1. FALLA MECÁNICA
Las fallas mecánicas son bastante frecuentes y pueden ser originadas por un diseño inapropiado,
mal manejoenla localización,torquesfuerade rango,prácticasobsoletasocualquiercombinación
de todas.
11.2. FALLAS POR DAÑOS EN LA SUPERFICIE
Se debe evitardañarlas cabillascuandoestán enla localizaciónyrevisarlascuidadosamente antes
de bajarlas al pozo.

pág. 48
 NUNCA BAJE UNA CABILLA CON DAÑO VISIBLE EN SU SUPERFICIE.
 NUNCA CAMINE SOBRE LAS CABILLAS EN LA LOCALIZACION.
 Cuandosea necesariocolocarlas cabillasenel pisode la localización,PONGALASUNA POR
UNA, NUNCA EN DOBLES O TRIPLES.
11.3. FALLAS POR CONEXIONES
La carga friccional que se generaentreelpinylacajamediante el torqueaplicadoayudaamantener
la conexiónapretadaperosi ese torque esinsuficiente,lascargascíclicascausarán que laconexión
se vaya aflojando gradualmente hasta que ocurra la falla total.
Sinembargo,notodaslasfallasde conexionesse debenauntorque insuficienteporque enmuchos
casos el torque excesivo, cajas y pines con roscas dañadas y pobre lubricación y limpieza de las
roscas son causales de gran parte de este tipo de falla.
Es importante recordar que el torque adecuadoes prácticamente el primer paso para evitar fallas
futuras de conexiones.
11.4. FALLAS POR CORROSIÓN
De todas las fallas que se han enumerado, las originadas por el diseño y corrosión son las que
pueden estar bajo el control directo del Optimizador.
Casi la mitad de las fallas de las cabillas se debe a la corrosión pero es muy poco lo que se habla
sobre ellaespecialmente porque enlamayoría de las empresas,el control de corrosiónse ejecuta
por organizaciones separadas.
La Corrosiónesel resultadodestructivodeunareacciónelectro-químicaentreel aceroyelambiente
operacional donde actúa.
En forma simple, la corrosión es la forma que tiene la Naturaleza de revertir un material de alta
energía (acero) hecho por el hombre, a su estado natural como mineral de hierro.
El hierroelementaldel acerose combinaconhumedadoácidosparaformarotroscompuestostales
como: óxido de hierro, sulfuro de hierro, carbonato de hierro (siderita), etc.

pág. 49
El agua está presente en varias formas y concentración en los fluidos de los pozos considerados
como corrosivos y la mayoría tiene cantidades considerables de impurezas y gases disueltos.
Por ejemplo,gasesácidoscomoel dióxidode carbono(CO2
) y el sulfurode hidrógeno(H2
S) que se
encuentran en la mayoría de los pozos petroleros, son altamente solubles por lo cual tienden a
disolverse rápidamente en el agua bajando su pH.
La corrosividad del agua es función de la cantidad en solución de estos dos gases y mientras más
bajo sea el pH, más corrosiva es el agua en presencia del acero.
El ambiente pozoabajoescorrosivopornaturalezay envariosgrados de intensidadhastael punto
que algunos fluídos que se consideran corrosivos, no son catalogados como tales mientras la rata
de corrosión (pérdida de grosor en mils por año) se mantenga en niveles tolerables.
Sin embargo, la mayoría de los pozos productores están plagados por problemas de corrosión y
ningún fabricante puede producir una cabilla que pueda ser inmune totalmente a la corrosión, la
cual, si no es posible eliminar, se puede controlar.
Todas lascabillas,cualquieraque seasugrado,debenprotegerse mediante el usode programasde
control de corrosión.
Algunos grados de cabillas, debido a que pueden tener diferentes combinacionesde aleaciones,
composición y acabado pueden ser capaces de alargar su vida útil en ambientes inhibidos.
Las cabillas de alta resistencia a la tensión debenser protegidas en mayor grado que las normales
debido a que son atacadas mas fácilmente.
En todo caso, siempre se debe consultar a los especialistas en control de corrosión cuando deba
usarse este tipo de cabillas en ambientes corrosivos.
11.5. CORROSION POR CO2
El CO2
se combina con el agua para formar ácido carbónico y se reduce el pH.
Este acidoesmuy agresivoconel acero y se tiene comoresultadograndesáreasconpérdidasmuy
rápidas de metal.
Este tipo de corrosión se reconoce porque los hoyos que forma son redondos y profundos con
bordes afilados.
Generalmenteloshoyosse interconectanatravésde largoscanalesysusbasespuedentenercapas
de escama de carbonato de hierro, un depósito de color gris generado por el CO2
.

pág. 50
11.6. CORROSION POR H2
S
Los huecosformadosporeste tipode corrosiónsonpequeños,redondosyprofundosconbordes
biseladosygeneralmente estánesparcidosaleatoriamente portodael áreade la cabilla.
Las superficies de la cabilla y los huecos están cubiertas con una escama de color negro, bien
adherida,de sulfurode hierroel cual esaltamente insoluble ycatódicopara el acero que tiende a
acelerar la rata de corrosión.
Otro problemacausadoporel H2
Seslapérdidade resistenciaalatensióncausadaporel hidrógeno
y origina que el área de la fisura presente una apariencia granular o quebradiza.
El puntode iniciode lafisurapuedeonoservisible sinque se notelapresenciadefatigade material
en la superficie de la cabilla.
Aunque esunácidodébil,cualquierindiciode H2
Sacompañadopor trazas de agua enel sistemaes
justificación suficiente para iniciar rápidamente un programa de control de corrosión.

pág. 51
11.7. CORROSION POR CLORUROS
Los clorurosaumentanlaprobabilidadde que lascabillasfallenporcorrosióndebidoaque,poruna
parte,lacorrosividaddel aguaaumentacuandolaconcentraciónde clorurosaumentay,porlaotra,
porque dificultan la acción protectora de los inhibidores.
En aguas con grandesconcentracionesde cloruroslacorrosiónesmásagresivaencabillasde acero
al carbono que con aleaciones.
Los huecosgeneradosporeste tipode corrosióntiendenacubrirtoda el área de la cabillayno son
profundos, de fondo plano, con forma irregular y bordes afilados.
12. METODOS PARA APLICAR EL MANTENIMIENTO
 La gestión eficaz de las fallas en función de los costos, empieza con la prevención y el
momento de detener la próxima falla es ahora.
 rescatar y colgar el pozo después de una falla de una varilla de bombeo.
 hacer el análisisprecisode lacausaraíz de falla,yla implementaciónde medidasde acción
correctiva para impedir la repeticiónde la falla. se necesita una base de datos capaz de
averiguar el historial de los servicios del pozo.

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13. CICLO DE BOMBEO MECÁNICO
(a)El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.
(b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.
(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.
(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.
CARRERA ASCENDENTE
En lacarrera ascendente,cuandoelpistóncomienzaamoverse haciaarriba,laválvulaviajeracierra
y levantalas cargas del fluido.Estogeneraun vacío en el barril de la bombaque causa la apertura
de la válvula fija permitiendo que el fluido proveniente del yacimiento llene la bomba
CARRERA DESCENDENTE.
En lacarrera descendente,cuandoelpistóncomienzaamoverse haciaabajo,laválvulafijase cierra
y el fluido enel barril de la bomba empuja la válvula viajera abriendo esta. El pistónviaja a través
del fluido que se ha desplazado hacia la bomba durante la carrera ascendente,luego el ciclo se
repite.
Sin la acción de las válvulas no sería posible la producción, si la válvula fija no abre, el fluido no
entraría a la bomba, si la válvula viajera no abre entonces el fluido no entraría a la tubería.

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14. FACTORES A CONSIDERAR PARA EL DISEÑO DE UNSISTEMA DE BOMBEO MECANICO
Para una buenaseleccióndelequipoautilizaresnecesarioconocerdatosque soportenladecisión,
entre estos datos podemos citar: la tasa de producción esperada, las cargas a soportar por las
cabillas,lascargas en la caja de engranajesde la unidadde bombeo,costosde energía, aporte del
yacimiento,etc.A continuación,se describenalgunosde losfactores másimportantesaconsiderar:
14.1. BOMBA DE SUBSUELO
Las bombasde subsuelopertenecenalafamiliade lasbombasde desplazamientopositivo,del tipo
reciprocante.Estasbombasson colocadasen el fondodel pozo,a profundidadesque oscilanentre
200 y 7000 pies.Labombade subsueloesel primerelementoque se debeconsideraral diseñaruna
instalación de bombeo mecánico para un pozo, ya que de acuerdo al tipo, tamaño y ubicación. Se
dimensionan el resto de los componentes del sistema.
14.2. TASA DE PRODUCCIÓN
En la siguiente figura observa los caudales manejados por bombeo mecánico en función de la
profundidad. En él se muestra que la cantidad de fluido maneadoes inversamente proporcional a
la profundidad,estamos hablando que a 1000 pies de profundidad estaríamos en capacidad de
manejar hasta 4000 barriles de fluido por día, en cambio para profundidades por encima de 7000
psi, apenas manejaríamos hasta 500 barriles de fluido diario.

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14.3. MANEJO DE SOLIDOS
Los sólidos pueden generar efectos indeseables en la bomba, llegando al punto de paralizar el
movimientodelpistónenel barril yasuvezcrearincrementosde esfuerzosencabillasyenlaunidad
de bombeo.Estoes debidoaque la bomba de subsueloesun conjuntode componentesmetálicos
en movimiento con un ajuste especifico.
14.4. PROFUNDIDAD Y SARTA DE CABILLAS
La sarta de cabillas es el medio de transporte de la energía desde el equipo de superficie hacia la
bombade subsuelo.Porsupuesto,estatransmisiónde energíaestáinfluenciadaporlasarta,que a
su vez depende de la profundidad.
De manera sencilla podemos representar la sarta de cabillas como un elemento de alta esbeltez,
siendo la esbeltez la relación que existe entre la longitud del elemento y el ancho de su sección
transversal,esdecir,lalongitudde lasartade cabillaesmuchomayorque sudiámetro,por ejemplo,
losórdenesde magnitudestánenel ordende 2000 piespara lalongitudde lasarta comparadocon
1 pulgada (0,083 pies) para el diámetro.
Esto hace que la sarta de cabillas se comporte como un cuerpo flexible y su movimiento este
influenciado por la inercia que se genera a partir del movimiento transmitido desde la unidad de
bombeo. En este sentido el sistema de bombeo mecánico es sensible a la profundidad. Y se debe
tomar en cuenta al momento de diseñar.
14.5. COSTOS DE INVERSIÓN
El análisiseconómicosoportael diseñode unsistemade levantamientoartificial,yaque evalúalos
costosde la inversiónconrespectoalaproduccióndel pozo yaseguraunflujopositivode cajaenla
operación.
14.6. CARGASEN LAS CABILLAS Y EN LA CAJADE ENGRANAJES
Estos factores darán dimensión al equipo de superficie y a la sarta de cabilla. Los mismos se
calcularána partir del potencial del pozo,lacantidadde flujomanejadoyel diámetrode labomba.
14.7. COSTOS DE LA ENERGA Y EFICIENCIADEL SISTEMA
Cuando se realiza un diseño en levantamiento artificial es importante tomar en cuenta cual debe
ser la prioridadde diseño,esdecir,si se requiere unaconfiguraciónparala máximaproducciónde
fluidos,osi se necesitaunaconfiguraciónconel óptimoconsumode energía.Estoesválidocuando
los costos de energía afectan de manera sensible la rentabilidad del proyecto.
Porejemplo,si laprioridadesminimizarloscostosdeenergía,se puedeutilizarbombasmásgrandes
y velocidadesde bombeomenor,peroasuvez,bombas másgrandesincrementanlascargasenlas
cabillasylostorquesenlacajade engranajes,porlo tanto, se requierede unidadesde bombeo más
grande, por supuestoincide enlos costosde inversión.Porotra parte, si se quiere utilizarbombas
de menordimensión,peroconigual producción,esnecesarioaumentarlavelocidadylacarrerade
bombeo,estoincrementael consumode energía, peropodríareducirel requerimientodeltamaño
de la unidadde bombeo.Básicamente se tiene uncompromisoentre eficiencia.Cargaenla cabilla
y el tamaño de la unidad de bombeo.

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15. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO EN BOMBEO MECANICO
Lo importante enel diseñode unainstalaciónde bombeomecánicoespredecirlosrequerimientos
de cargas, potenciasycontrabalance,así como también,lasrelacionesde esfuerzo,torquesytasas
de producción.
Una vez que estos parámetros son conocidos, el equipo apropiado puede ser seleccionado para
cumplir los requerimientos establecidos.
Hasta la década de los 50, los métodos de diseño de sistemas de bombeo eran empíricos. El más
conocido sobreviviente de estas viejas técnicas es el Método de Mill, luego se desarrollaron las
"Prácticas Recomendadas11L" de la API,hasta lograr métodosmás exactoscomo lo es el Método
de laEcuación de Onda.Paraeste últimométodo,se requiereel usode programasde computadora
para lograr rápida y eficientemente un buen diseño.
DESARROLLO DEL METODO API RP – 11 L
Este método se basó en el uso de un computador para simular las condiciones de bombeo para
luego generar cartas dinagráficas de fondo y de superficie.
Estas simulaciones se hicieron bajo las siguientes consideraciones:
 Llenado completo de la bomba de subsuelo (sin interferencia de gas o golpe de fluido).
 Cabillas de acero con diseño API.
 Unidades de bombeo con geometría convencional.
 Poco deslizamiento del motor.
 Unidad perfectamente balaceada.
 No debe existir grandes efectos de fricción o aceleración.
 No hay efectos por aceleración de fluidos.
 Tubería de producción anclada.
 Profundidades mayores a los 2000 ft.
Los datos obtenidos de estas cartas dinagráficas calculadas se utilizaron para desarrollar curvas
adimensionalesyluegofueronvalidadasconungrannúmerode casosde diseñopráctico.Lastablas
elaboradas hacen más fácil la selección y evaluación de equipos de bombeo, sin necesidad de
cálculos excesivos.

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PROCEDIMIENTO
En resumen, el cálculo de las RP 11L requiere de los siguientes pasos principales:
1. Recolecciónde datos,estospueden serde unainstalaciónexistentesode datoscalculados.
2. Cálculo de los parámetros adimensionales independientes.
3. Utilizando las gráficas API, obtener los parámetros adimensionales dependientes.
4. A partir de los parámetros adimensionales dependientes se determinan los parámetros
operacionales del sistema.
A continuación, se presenta un ejemplo de la aplicación del método.
 Unidad de bombeo: convencional
 Longitud de carrera en superficie: 100 Pulg.
 Combinación de cabillas: 7/8” x 3/4”
 Profundidad de la bomba: 6000 pies
 Diámetro del pistón: 1,25 Pulg.
 Velocidad de bombeo: 11 gpm
 Gravedad específica del fluido: 0,8
 Tubería de producción: anclada
Calcular las cargas, esfuerzos, potencia, contrabalanceo requerido y el torque para un pozo con
éstas características de bombeo.

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SOLUCIÓN:
a) Parauna bombaconpistónde 1.25Pulg.De diámetroyunacombinaciónde cabillasde 7/8”
y 3/4” el método de API sugiere la siguiente distribución de tamaños de cabillas.
30.6 % de 7/8” 1825 ft
69.4 % de 3/4” 4175 ft
Total 6000 ft
b) El pesode lascabillasenel aire(Wr) esigual a1.814 lbs/ft,(estedatotambiénse encuentra
en el tabulado en el boletín). Entonces, el peso total de la sarta (w) será.
W= longitud de la sarta * peso por unidad de longitud
W= 6000 ft * 1.814 lbs/ft. = 10884 Lbs.
Como la sarta de cabillas está sumergida en un fluido con gravedad especifica de 0.8, su
peso será inferior debido a la flotabilidad.
El peso total de la sarta de cabillas flotadas (Wrf) será:
Wrf= W (1-0.128*(G))
Wrf= 10884 *(1-0.128*0.8)
Wrf= 9769 Lbs.
Dónde:
Wrf= Peso total de las cabillas flotadas (lbs.)
W= Peso total de las cabillas en el aire (lbs.)
G= gravedad específica del fluido (adim.)
c) La carga del fluido sobre la bomba (Fo), depende de la gravedad específica del fluido
propiamente dicho, la profundidad del levantamiento y el diámetro.
Fo = 0.340*G*D2
*H
Fo= 0.340 *0.8*1.252
*6000
Fo= 2550 lbs.

pág. 58
Donde;
Fo= carga del fluido sobre la bomba
d) El cálculo del estiramiento de las cabillas adimensional, (Fo/SKr), es una de las relaciones
clavespara determinaruna carga dinagráficaparecida.La constante elásticade la sarta de
cabillas, es un valor tabulado en el reporte. Esto es.
Er= 0.812 *10 -6
Pulg/Lbs-ft
Las propiedades de estiramiento total de la sarta de cabillas, están relacionadas con su
constante Kr, cuyo reciproco es
1/Kr= Er*L
1/Kr= 0.812*10-6
*6000 = 0.0049 Pulg/Lbs.
Estosignificaque los6000piesde cabillasse estiraran4.87*10-3
Pulg.Porcadalibraaplicada
sobre ella.
Ahora se puede calcular la relación adimensional del estiramiento.
Fo/SKr= (2550*0.0049)/100 = 0.125
Esto quiere decir que los 6000 ft de cabillas se estiraran alrededor de 12.5 % de la carrera
de superficie, cuando levanten 2550 Lbs. De carga de fluido.
SP= longitud de la carrera-estiramiento
SP= 100-12.5 = 87.5 Pulg.
Dónde:
SP= Carrera del pistón.

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e) La otra relación importante es la velocidad de bombeo adimensional, este factor es el
coeficiente entre la velocidad de bombeo y la frecuencia de las cabillas, esta última es la
frecuenciamediante lacual lasartade cabillasvibrarásinfricción,ysi estuvierafijaentope
y libre en fondo. Aplicando la sgte ecuación.
N/No`= (N*L) / (24500*Fc)
Despejando
No`= (24500*Fc) /L
No`= (24500*1.077) /6000 = 44 cpm.
Significaque lasarta vibrará naturalmente arazón de 44 ciclospor minutosi estafijaenel
tope y libre en el fondo.
Dónde;
Fc= Factor de corrección de frecuencia.
N/No`= coeficiente entre la velocidad de bombeo y la frecuencia natural.
Igualmente, la velocidad de bombeo adimensional, para la sarta combinada será.
N/No`= (11*6000) / (245000*1.077) = 0.25
La relación de bombeo significa que la velocidad de 11 gpm. es el 25 % de la frecuencia
natural de la sarta combinada de 44 cpm.

pág. 60

pág. 61
f) En la figura 2.3 se muestra una gráfica que permite obtener una relación adimensional
(F1/SKr), para calcular la carga máxima en la barra pulida, utilizando los factores
adimensionales conocidos.
N/No`= 0.25 y Fo/SKr= 0.125
De dichafiguraobtenemosF1/SKr=0.31. Entonces:
F1= 0.31 *SKr
F1= 0.31*(100/0.0049) = 6327 Lbs.
PPRL= Wrf + F1
PPRL= 9769+16096 = 16096 Lbs.
Dónde:

pág. 62
PPRL= Carga máximaenla barra pulida.
Esto significaque lamáximacargasobre la estructurao vigaserá de 16096 Lbs.E estodetermina
lasespecificacionesde cargaen la unidadde bombeo.
g) De lafigura2.4 se obtiene larelaciónadimensional (F2/SKr),usandolosmismosfactores
de velocidadN/No`=0.25, Fo/SKr=0.125

pág. 63
De lafiguraobtengoF2/SKr= 0.151
De tal manera.
F2= 0.151* SKr
F2= 0.151*(100/0.0049) = 3082 Lbs.
Luegocalculamoslacarga mínimaenla barra pulida.
MPRL= Wrf-F2
MPRL= 9769-3082 = 6687 Lbs.
Dónde:
MPRL= Carga mínimaen labarra pulida.
La importanciadel cálculode éstacarga mínimaesla siguiente:
 Si la carga esnegativa,se requiereunasconsideracionesdiferentesde diseño;porejemplo,
una velocidad de bombeo más baja. Esto se explica, porque las cabillas no bajarían lo
suficientementerápidoenlascarrerasdescendente;porlotanto,produciría unfuertegolpe
en el sistema elevador/espaciador, lo cual se traduce en daños sobre el equipo mecánico.
Esto es conocido como “problemas de seno”. Este golpe puede ser imperceptible, pero
afectará la eficiencia de bombeo.
 El rango entre las cargas máximas y mínimas en la barra pulida, gobiernan los límites de
esfuerzos impuestos sobre la sarta de cabillas, y son factores claves en la fatiga y vida útil
de la misma.
h) El torque máximoenlacajade engranajesesotroparámetroimportante enlaselecciónde
la unidad de bombeo.
La figura2.5 muestraunagráficaparacalcularuna relaciónadimensionalde torque,usando
tambiénlosvaloresadimensionalesde velocidadyestiramientode lascabillasmencionados
anteriormente.

pág. 64
De dichafiguraobtenemos.
2T/S2
Kr= 0.255
T= (0.255* S2
Kr) / (2)
T= (0.255*1002
) / (2*0.0049) = 260.2 MLbs-Pulg.
Dónde:
2T/S2
Kr= relaciónadimensionalde torque.
T= Torque máximoenlacaja de engranajes.
Correcciónal torque.
Wrf/SKr=(9769*0.0049) /100 = 0.478

pág. 65
De estagraficausandolos factoresN/No`=0.25 y Fo/SKr=0.125 obtenemos3.2%
Luegotenemos.
Ta= 1+0.032*((0.478-0.3) /0.1) = 1.057

pág. 66
El torque máximocorregidoserá.
PT= Ta* T
PT= 1.057*260.2*103
= 275 MLbs-Pulg.
Ta= Valorde ajuste al torque calculado.
PT= Máximotorque calculado
i) La cantidadde pesonecesarioparael contrabalance de launidadde bombeo,también
debe serconsideradoenel diseño,el métodoAPIutilizalasiguiente ecuaciónpara
determinarel contrabalance efectivo.
CBE= 1.06*(Wrf+0.5*Fo)
CBE= 1.06*(9769+0.5*2550) = 11707 Lbs.
En principio11707 Lbs. De contrabalance efectivoenlabarra pulidadebe balancearla
unidadde tal maneraque,el torque máximoenlacarrera ascendente seaigual al de la
carrera descendente.Este valorde contrabalance esequivalente a11707/2= 5853.5 Lbs-
Pulg.
Dónde:
CBE= Contrabalance efectivo.
j) La potenciarequeridaparamoverlacarga enla barra pulida,se obtiene atravésde la
sgte.Ecuación.
PRHP= (F3/SKr) *SKr*S*N*2.53*10-6
La relaciónadimensional F3/SKr) se obtiene de lafigura2.7 utilizandolosvalores
adimensionalesde No/No`yFo/SKr

pág. 67

pág. 68
Del gráficoobtenemosF3/SKr= 0.19
Entonces:
PRHP= (0.19*1002
*11*2.53*10-6
)/(0.0049) = 10.8 HP
Dónde:
PRHP= Potenciarequeridaparamoverlabarra pulida.
Esto indicaque lapotencianecesariaparamoverlascargas del pozo,soportadaporla
barra pulidaesde 10.8 HP,debidoalas cargas cíclicas del motor,perdidasmecánicasenla
caja de engranaje yestructurasde la unidadde bombeo.Se deberáseleccionarunmotor
con potenciadoble alacalculada.
Entonces.
Potenciarequeridaporel motor= 2*10.8 = 21.6 HP.
k) La carrera del pistónde labombade subsuelogobiernalatasade producción
conjuntamente conlavelocidadde bombeo,tamañode labomba y capacidadmismade
produccióndel pozo,larelaciónadimensional de longitudde carrerase obtiene de la
figura2.8. conlos valoresde N/No`,yFo/SKr

pág. 69
Obteniendoel valorde Sp/S=1.01
El valorde Sp/S =1.01 significaque lacarrera efectivadel pistónenel fondo(Sp) es1% mayor que
la superficie(S).

pág. 70
Sp= S*1.01 = 100*1.01 = 101 Pulg.
Comola tubería de producciónestáanclada,el estiramientode éstanotiene efectosobre la
carrera efectivadel pistón.
El desplazamientode labombaescalculado,utilizandolasiguiente ecuación.
P=0.1166*Sp*N*D2
P= 0.1166*101*11*1.252
= 202.4 BPD.
Esto significaque labombatiene lacapacidadde levantar202.4 BPD.Con una eficienciadel 100%
de la bomba.
SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO MECANICO
C – 320 – D – 213 – 120 (tipode EBM)
TABLA PARA LA SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL EQUIPODE BOMBEO MECANICO.

Sistema de bombeo mecanico proyecto-2

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