Este documento describe el bombeo mecánico, uno de los métodos de producción más utilizados. Explica que consta de una unidad de bombeo en superficie que acciona una bomba sumergible a través de una sarta de cabillas. Detalla los componentes clave como la tubería de producción, cabillas, bomba de subsuelo y equipos de superficie. También describe el proceso de diseño de equipos de bombeo mecánico.

1. Bombeo Mecánico

2. Bombeo Mecánico
 Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el
cual su principal característica es la de utilizar una unidad de
bombeo para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a través
de una sarta de cabillas y mediante la energía suministrada por un
motor. Los componentes del bombeo mecánico esta compuesto
básicamente por las siguientes partes: unidad de bombeo, motor
(superficie), cabillas, bomba de subsuelo, anclas de tubería, tubería
de producción (subsuelo). Un equipo de bombeo mecánico (también
conocido como “balancín” o “cigüeña”) produce un movimiento de
arriba hacia abajo (continuo) que impulsa una bomba sumergible en
una perforación. Las bombas sumergibles bombean el petróleo de
manera parecida a una bomba que bombea aire a un neumático.

3. Equipo de Subsuelo
 El equipo de subsuelo es el que constituye la parte
fundamental de todo el sistema de bombeo. La API ha
certificado las cabillas, las tuberías de producción y
bomba de subsuelo:
1 Tubería de Producción: La tubería de producción tiene por objeto
conducir el fluido que se esta bombeando desde el fondo del pozo
hasta la superficie. En cuanto a la resistencia, generalmente la tubería
de producción es menos crítica debido a que las presiones del pozo se
han reducido considerablemente para el momento en que el pozo es
condicionado para bombear.

4. 2 Cabillas o Varillas de Succión: La sarta de cabillas es el enlace entre la unidad de
bombeo instalada en superficie y la bomba de subsuelo. Las principales funciones de las mismas
en el sistema de bombeo mecánico son: transferir energía, soportar las cargas y accionar la
bomba de subsuelo. Las principales características de las cabillas son:
 a) Se fabrican en longitudes de 25 pies, aunque también pueden manufacturarse de 30 pies.
b) Se dispone de longitudes de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 y 12 pies denominados por lo
general “niples de cabilla” que se utilizan para complementar una longitud
determinada y para mover la localización de los cuellos de cabillas, a fin de distribuir
el desgaste de la tubería de producción.
c) Se fabrican en diámetros de 5/8, 3/4, 7/8, 1, 1-1/8 de pulgadas.
Ventajas:
a) La ausencia de cuellos y uniones elimina la posibilidad de fallas por desconexión.
b) La falta de uniones y protuberancias elimina la concentración de esfuerzos en un
solo punto y consiguiente desgaste de la unión y de la tubería de producción.
c) Por carecer de uniones y cuellos, no se presentan los efectos de flotabilidad de
cabillas.

5.  DESVENTAJAS:
a) Presentan mayores costos por pies que las cabillas convencionales.
b) En pozos completados con cabillas continuas y bomba de tubería, la
reparación de la misma requiere de la entrada de una cabria convencional.
Bomba de Subsuelo:
Es un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante), la cual es
accionada por la sarta de cabillas desde la superficie. Los componentes
básicos de la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran
precisión para asegurar el intercambio de presión y volumen a través de
sus válvulas. Los principales componentes son: el barril o camisa, pistón o
émbolo, 2 o 3 válvulas con sus asientos y jaulas o retenedores de válvulas.

6.  Pistón: Su función en el sistema es bombear de manera indefinida. Esta
compuesto básicamente por anillos sellos especiales y un lubricante
especial. El rango de operación se encuentra en los 10K lpc y una
temperatura no mayor a los 500°F.
 Equipos de Superficie: La unidad de superficie de un equipo de
bombeo mecánico tiene por objeto transmitir la energía desde la superficie
hasta la profundidad de asentamiento de la bomba de subsuelo con la
finalidad de elevar los fluidos desde el fondo hasta la superficie. Estas
unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas. Los equipos que forman
los equipos de superficie se explican a continuación:

7.  Unidad de Bombeo (Balancín):
Es una máquina integrada, cuyo objetivo es de convertir el movimiento
angular del eje de un motor o reciproco vertical, a una velocidad apropiada
con la finalidad de accionar la sarta de cabillas y la bomba de subsuelo.
Algunas de las características de la unidad de balancín son:
 La variación de la velocidad del balancín con respecto a las revoluciones por
minuto de la máquina motriz.
 La variación de la longitud de carrera.
 La variación del contrapeso que actúa frente a las cargas de cabillas y fluidos
del pozo.

8. Clasificación de los Balancines
 Balancines convencionales: Estos poseen un reductor de
velocidad (engranaje) localizado en su parte posterior y un punto de apoyo
situado en la mitad de la viga.
 Balancines de geometría avanzada: Estos poseen un
reductor de velocidad en su parte delantera y un punto de apoyo localizado
en la parte posterior del balancín. Esta clase de unidades se clasifican en
balancines mecánicamente balanceados mediante contrapesos y por
balancines balanceados por aire comprimido. Los balancines de aire
comprimido son 35% más pequeñas y 40% mas livianas que las que usan
manivelas. Se utilizan frecuentemente como unidades portátiles o como
unidades de prueba de pozo (costafuera).

9. Características de las Unidad de
Bombeo Convencional Balanceada por aire Mark II
1. Muy eficiente 1. La de menor eficiencia 1. Muy eficiente
2. Muy confiable debido a su diseño 2. Las más compleja de las unidades 2. Igual que la
convencional
3. La más económica 3. La más costosa 3 Moderadamente
costosa

10. Diseño de Equipos de
Bombeo Mecánico
Es un procedimiento analítico mediante cálculos, gráficos y/o sistemas
computarizados para determinar el conjunto de elementos necesarios en el
levantamiento artificial de pozos accionados por cabilla. La función de este
procedimiento es seleccionar adecuadamente los equipos que conforman el
sistema de bombeo mecánico a fin de obtener una operación eficiente y
segura con máximo rendimiento al menor costo posible.
Paso 1: se debe seleccionar el tamaño de la bomba, el diámetro óptimo
del pistón, bajo condiciones normales. Esto va a depender de la
profundidad de asentamiento de la bomba y el caudal de producción.
Paso 2: La combinación de la velocidad de bombeo (N) y la longitud de la
carrera o embolada (S), se selecciona de acuerdo a las
especificaciones del pistón. Se asume una eficiencia volumétrica del
80%.

11. Paso 3: Se debe considerar una sarta de cabillas (se debe determinar el porcentaje
de distribución si se usa más de dos diámetros de cabilla) y el diámetro de
pistón, se determina un aproximado de la carga máxima para el sistema en
estudio.
Paso 4: Chequear el valor de factor de impulso para la combinación velocidad de
bombeo (N) y longitud de carrera (S) establecidos en el Paso 2 .
Paso 5: Cálculo de la carga máxima en la barra pulida. Para este propósito será
necesario obtener cierta data tabulada de acuerdo a los datos establecidos en
los pasos previos. Primero se determinará el peso de las cabillas por pie y la
carga del fluido por pie. (Ver Tabla 3). Ahora se calcula el peso de las cabillas en
el aire (Wr), la carga dinámica en las cabillas (CD) y la carga del fluido (CF) a la
profundidad objetivo.
 Wr = peso cabillas (lb/ft) x Prof. (ft)
 CD = F.I. x Wr (lb) -----> Donde F.I. (Factor de Impulso)
 CF = peso fluido (lb/ft) x Prof. (ft)
 Carga máxima barra pulida = CD + CF

12. Paso 6: Cálculo de la carga mínima de operación (CM), el contrabalanceo ideal
y torque máximo.
 CM = Disminución de la carga debido a la aceleración (DC) – fuerza de
flotación (FF)
 DC = Wr x (1-C) -----> Donde C = (N^2 x S)/70500
 FF = Wr x (62,5/490) -----> Valor constante
 Para el contrabalanceo ideal se debe proporcionar suficiente efecto de
contrabalanceo para darle suficiente valor de carga, el cual va a ser el
promedio entre el máximo (carga máx. barra pulida) y el mínimo recién
calculado.
 Entonces,
 Contrabalanceo ideal = promedio de carga (entre máx. y min) – la carga
mínima.
 Torque máx. = Contrabalanceo ideal x Punto medio de la longitud de carrera
(S/2).

13. Paso 7: Estimación de poder del motor eléctrico. Conocida la profundidad de
operación, °API del crudo y el caudal requerido de producción, se obtiene una
constante que es multiplicada por el caudal de producción (Ver gráfico 3). Este
valor obtenido son los HP necesarios justos para levantar el caudal requerido.
Lo que se recomienda es que este valor obtenido se incremente de 2 a 2,5
veces para tener un factor de seguridad.
Paso 8: Cálculo de desplazamiento de la bomba. El valor obtenido de P sería el valor de
caudal de producción si la bomba trabaja al 100% de eficiencia. El diseño de la
bomba debe tener al menos el 80% de eficiencia. En crudos pesados debe tener un
máximo de 18 strokes/minutos (promedio 15° API).
 P = C S N
 P = Desplazamiento de la bomba
 C = Constante de la bomba, depende del diámetro del pistón
 N = Velocidad de bombeo (SPM)

14. Paso 9: Profundidad de asentamiento de la bomba (Método Shell). Esto
dependerá enormemente de la configuración mecánica del pozo. Si este
método no cumple, por lo general se asienta a 60 o 90 pies por encima del
colgador. Otras bibliografías hacen referencia que se asienta 300 pies por
debajo del nivel de fluido.