Este documento describe el bombeo mecánico como el método más antiguo y económico de levantamiento artificial de petróleo. Los componentes principales son la sarta de varillas, la tubería de producción, el equipo superficial y el motor. El documento explica el principio de funcionamiento, los tipos de equipos de superficie como las unidades de bombeo convencionales, Mark II y balanceadas por aire, y los componentes como la bomba de subsuelo y los motores de combustión interna y eléctricos. También cubre el diagra

1. República Bolivariana De Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para La Educación
I U P “Santiago Mariño” Formación para la excelencia
Extensión – Maracaibo
Asignatura: Producción de Hidrocarburos
BOMBEO MECANICO
FACILITADOR: JESÚS PÉREZ
CI: 27263272

2. BOMBEO MECÁNICO
El bombeo mecánico es el mas antiguo, mas económico y
mas común de los métodos de levantamiento artificial.
Aproximadamente el 85% de los pozos de bombeo en el
mundo utilizan este método, los componentes principales son:
la sarta de varillas, la tubería de producción, el equipo
superficial o aparato de bombeo y el motor de impulso. El
revestimiento y la manera de terminar o completar el pozo
puede ser muy parecida a la completación. Para pozos de flujo
natural, excepto que la gran diferencia escriba en como hacer
llegar el petróleo desde el fondo del pozo a la superficie.
El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico
tiene cierta presión, suficiente para que el petróleo alcance un
cierto nivel en el pozo, por tanto, el bombeo mecánico no es
mas que un procedimiento de succión y transferencia casi
continua del petróleo hasta la superficie.

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.
Básicamente suministrando energía a los fluidos dentro de la tubería
mediante el uso de una bomba reciprocante conectada y accionada en
superficie por una sarta de cabilla. La energía es transferida al fluido a
través de la compresión por movimiento del pistón. Como la energía es
cedida dentro del pozo es claro que la bomba incrementa presión y NO
SUCCIONA AL YACIMIENTO, este únicamente se ve favorecido al tener
menor contra presión en fondo sucede con CUALQUIER OTRO METODO.
• Confinar los fluidos y desplazarlos a través de la bomba de una zona
de baja presión a una zona de alta presión lo cual permite bajar la
presión de fondo.

4. FUNCIONAMIENTO
Un equipo de bombeo mecánico o tambien conocido como balancín o
cigüeña, produce un movimiento continuo de arriba hacia abajo, 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.
Un motor, usualmente eléctrico gira un par de manivelas que, por su
acción, suben y bajan un extremo de un eje de metal. El otro extremo del
eje, que a menudo tiene una punta curva, esta unido a una barra de metal
que se mueve hacia arriba y hacia abajo, la barra, que puede tener una
longitud de cientos de metros, esta unida a una bomba de profundidad en
un pozo de petróleo.
La mayoría de los pozos de petróleo activos en áreas marginales están
produciendo con sistemas de la elevación. El porcentaje de pozos en la
elevación mecánica es tan grande que todos los pozos en muchos campos
están en unidades de bombeo

5. POR OTRA PARTE…
Este método de elevación artificial es reconocido, confiable y de fácil
funcionamiento que muchas bombas del campo prefieren el excedente
mecánico de elevación que cualquier otro sistema artificial de producción,
la bomba en si misma se encuentra en el fondo y se le transmite el
movimiento a través de varillas que hacen su recorrido por dentro del
tubing. La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la
bomba.
En la carrera descendiente de las varillas, la válvula fija se cierra y se
abre la válvula viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería
de educción o producción
en la carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia
la superficie el petróleo que esta en la tubería y la válvula fija permite
que entre petróleo a la bomba. La repetición continua del movimiento
ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la
superficie. Así opera en forma alternativa o batch.
Dado el gran brazo de torque que tienen, son el tipo de bomba
preferido en caso de tener que generar grandes presiones.

6. Cabe destacar que como en el bombeo mecánico hay que balancear el
ascenso y descenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en
la parte trasera del mismo balancín o en la manivela. Este es un método de
levantamiento artificial muy difundido en nuestro país y uno de los mas
antiguos.
El principio de desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un
fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.
El movimiento del pistón se debe a la fuerza aplicada F, y este
al moverse desplaza el fluido a través del orificio.
Si el pistón recorre una distancia L hacia la izquierda, el volumen
Ocupado por el liquido se reduciría en un valor igual a AL, como el fluido es
incompresible, el volumen de fluido que sale por el orificio será tambien AL.
A = área transversal del pistón.
Principio del Desplazamiento Positivo

7. VENTANA DE APLICACIÓN DEL
MÉTODO DE BOMBEO MECÁNICO
• Pozos con 0,1 < IP < 5
• Tasas de producción entre 20 – 4000BL/d
• Tasas 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 – 35
• Profundidad entre 400 – 8,000
• Diámetro del revestidor 4 ½ - 9 5/8

9. EQUIPOS DE SUPERFICIE
• Unidades de Bombeo
- Tipos de unidades de bombeo
-Mark II
- Balanceadas por aire
- Rotafliex
- Hidráulica
Convencional

10. UNIDADES DE BOMBEO
• Estas unidades de bombeo cumplen con las especificaciones API
en sus diseños y son los mas utilizados para el levantamiento
mecánico, por que sus coste de operación son relativamente bajos y
su amplia adaptación a las condiciones de los pozos. El principio de
operación es el mismo para todas las unidades API : una viga viajera
accionada por la caja de engranaje, la cual es un reductor que recibe
movimiento, mediante correas, del motor. Sin embargo, una
clasificación en base a la geometría y contrapeso de la unidad puede
hacerse: Convencionales, Uniformes Mark II, Balanceada por aire,
Rotaflex y hidraulicas

11. CONVENCIONAL: Es la mas conocida en todos los campos petrolíferos,
por ventajas económicas, fácil operación y mínimo mantenimiento.
UNITORQUE MARK II: Es un rediseño del convencional que cambia la
posición de los brazos y el poste maestro para obtener un sistema
unitorsional, a fin de reducir el torque en la caja de engranaje.
BALANCEADA OIR AIRE: Estas unidades de bombeo utilizan un cilindro
con aire comprimido en lugar de pesas de hierro. Esta cualidad hace que
sean favoritas para usarlas en operaciones costa fuera y cuando es
necesario mover con frecuencia la unidad de pozo a pozo, porque
reducen los costos de transporte e instalación.
ROTAFLEX: Unidad de carrera extralarga, no poseen sistema biela
manivela, el movimiento lineal reciprocante se obtiene moviendo
alternativamente una correa que desliza por un cilindro, la cual este
acoplada a la barra pulida de la sarta de cabillas por un extremo y por el
otro a un contrapeso que permite balancear la unidad. Empleada para
levantar crudo pesado y/o pozos profundos

12. HIDRÁULICA:
Consisten en sistemas que utilizan principalmente la fuerza axial
generada por un cilindro hidráulico reciprocante, para transmitir energía a la
bomba de subsuelo a través de las cabillas. El resto del equipo se compone
de una bomba hidráulica para transmitir energía y un sistema para manejar
el fluido de potencia.
- Son compactas y poco costosas
- Aplicación: Limitaciones de espacio y donde se quiere minimizar la
inversión.
- Se consideran de velocidad constante
- Se puede utilizar como fluido de potencia aceites de origen vegetal.
- Permiten una operación silenciosa y con bajo consumo de energía.

13. UNIDADES DE BOMBEO
Es una maquina integrada cuyo objetivo es cambiar el movimiento
angular del eje del motor a reciproco vertical, a la velocidad apropiada
con el propósito de accionarla la sarta de cabillas y bomba de subsuelo.
MOTOR: Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de
bombeo para levantar los fluidos del pozo, este puede ser un equipo de
combustión interna o eléctrico siendo este ultimo el de mayor utilización
en la industria.
BOMBA DE SUB-SUELO: Es una bomba de pistón de desplazamiento
positivo, desde su profundidad de instalación hasta la superficie, que
funciona por diferenciales de presión mediante bolas y asientos, para
permitir la entrada y sello de fluido en ciclos periódicos sincronizados.

14. TIPOS DE MOTORES
Los motores utilizados para suministrar la energía mecánica a las
unidades de bombeo, pueden clasificarse en dos grandes categorías: de
combustión interna y motores eléctricos.
 COMBUSTION INTERNA: Básicamente existen dos tipos de
motores de combustión interna ; alta velocidad (waukesha, m-m;
etc) y de baja velocidad (ajax, f-m, thomassen, etc).
Los motores de alta velocidad generalmente tienen 6 cilindros;
operan a una velocidad en el rango de 800 a 1400 rpm con poleas
grandes para producir efecto de inercia y se comportan parecido a
un motor eléctrico de alto deslizamiento.

15. Los motores de baja velocidad son normalmente de un solo cilindro,
operan a una velocidad entre 200 y 600 rpm, tambien con polea grande
para producir efecto de inercia, esto tiende a negar la variación de
velocidad y su comportamiento es similar al motor eléctrico tipo nema d.
Los costos de operación de estos motores son inferiores a los
eléctricos, pero los iniciales y de mantenimiento, normalmente son
superiores.
ELECTRICOS: Estos motores son los de mayor aplicación en los
campos petroleros y tambien se subdividen en dos tipos : convencionales
nema d y de alto deslizamiento.
El convencional nema D posee bajo porcentaje de deslizamiento, varia
entre 8 y 12 % a plena carga; por lo tanto, la variación de velocidad es
relativamente pequeña.

16. • La variación de velocidad durante un ciclo de bombeo, expresado en porcentaje,
esta definido por la siguiente ecuación:
AV =
𝑉𝑀𝐴𝑋 −𝑉𝑀𝐼𝑁
𝑉𝑀𝐴𝑋
* 100
Donde; AV = VARIACION DE VELOCIDAD, EN %
VMAX = VELOCIDAD MAXIMA INSTANTANEA, RPM
VMIN = VELOCIDAD MINIMA INSTANTANEA, RPM
Con los motores de alto deslizamiento se obtiene variaciones de
variedades entre 35 y 50%

17. DIAGRAMA DE GOODMAN
Ejemplo Practico.
Carga máxima = 27060 lbs
Carga mínima = 9020
Cabillas de 7/8 clase D
Los pasos para su elaboración conjuntamente con la grafica, se
detallan a continuación;
Paso 1: Determine la resistencia a la tensión mínima (T) de la cabilla
utilizada. Esta información es suministrada por el fabricante; si se
conocen solamente los grados de las cabillas. Los siguientes valores
mínimos han sido establecidos por la API/NO API:

18. PASO 2 : Utilizando papel milimetrado, trace una línea de 45°,
la cual establece el limite inferior del rango de esfuerzos
permisibles. Construya una escala en la ordenada para
representar los valores de los esfuerzos, en lpc.
GRADO API RESISTENCIA A LA TENSION MINIMA (MLPC)
C 90,0
D 115,0
K 85,0
Grado NO API
E/Norris 97

20. • PASO 3: usando la escala de esfuerzos marque el punto de T/1,75
en línea de 45° (esfuerzos mínimos).

21. PASO 4: En el eje vertical localice el punto, T/4, trace una línea, entre
este punto y el establecimiento en el paso 3. Esta línea define el esfuerzo
máximo permisible, con un factor igual a uno

22. PASO 5: Marque el punto de esfuerzo mínimo (calculado o medido sobre
la línea de los 45°, utilizando la escala vertical de esfuerzo.

23. PASO 6: El máximo esfuerzo permisible, se obtiene al subir
verticalmente, desde el punto anterior hasta cortar la línea superior
(construida en el paso 4)

24. PASO 7: Ubique el esfuerzo máximo (calculado o medido), si este es
mayor que el máximo permisible calculado en el paso anterior, las cabillas
están sobrecargada, si es menor implica que el esfuerzo real esta en el
rango permisible de operación. En resumen podemos decir que el
diagrama de Goodman modificado permite analizar el rango y la máxima
carga permisible.
En este caso están Sobrecargados.

25. «GRACIAS»