ACTIVIDAD SAIA

1. Bombeo mecánico

2. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
IUPSM-MARACAIBO-SEDE LOS OLIVOS
CATEDRA: PRODUCCION DE HIDROCARBUROS
WILLIAMS PRIETO
19935607
MARACAIBO, OCTUBRE DE 2017

3. INTRODUCCIÓN
El bombeo mecánico convencional nació prácticamente a la par con la industria
petrolera, cuando el Coronel Drake; perforo un pozo que era de su pertenecía
ubicado en Pennsylvania aproximadamente en 1859.
El coronel Edwin Drake, a pesar de no ser geólogo ni minero, descubre una napa
de petróleo a una profundidad de 21 metros utilizando una perforadora mecánica
construida para la ocasión por el herrero William Smith, extrayéndolo mediante un
rudimentario sistema de bombeo
El bombeo mecánico convencional, es prácticamente el método artificial de
levantamiento mas común y antiguo del mundo, el cual consiste principalmente en
una bomba des subsuelo de acción reciprocante abastecida por energía, la cual
proviene de un motor eléctrico o de combustión interna.
Este tipo de levantamiento gracias a su simplicidad es posible usarlo en casi
cualquier tipo de pozo que requiera de levantamiento, sin embargo tiene límites
físicos como la profundidad y volumen a levantar.

4. BOMBEO MECÁNICO
Para un determinado paso de presión en el yacimiento se tiene que la energía
natural que empuja a los fluidos deja de ser suficiente, es en este momento
cuando se recurre al uso de un mecanismo artificial para continuar extrayendo
hidrocarburos, para este caso dicho mecanismo es el bombeo mecánico.
El 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 se rigen 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. Un motor, usualmente eléctrico, gira un par de
manivelas que, por su acción, suben y bajan un extremo de una eje de metal. El
otro extremo del eje, que a menudo tiene una punta curva, está 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, está unida a una bomba de profundidad en un pozo
de petróleo. El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de
funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el
movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de
la bomba, colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundidad
del fondo del pozo.
La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera
descendente 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. En la carrera
ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo
que está 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. 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. Otra modalidad
es el balanceo neumático, cuya construcción y funcionamiento de la recámara se
asemeja a un amortiguador neumático; generalmente va ubicado en la parte
delantera del balancín. Este tipo de balanceo se utiliza para bombeo profundo.

5. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La bomba se baja dentro la tubería de producción y se asienta en el fondo con el
uso de empacaduras. La bomba es accionada por medio de las varillas que le
transmiten el movimiento desde el aparato de bombeo (éste consta de un balancín
al cual se le transmite el movimiento de vaivén por medio de la biela y la manivela,
éstas se accionan a través de una caja reductora movida por un motor).
El balancín de producción imparte un movimiento de sube y baja a la sarta de
varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de
producción o de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo
EPM (EMBOLAS POR MINUTOS)
Estas son las cifra de repeticiones continuas del movimiento ascendente y
descendente (emboladas) que mantienen el flujo hacia la superficie. 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. Los diámetros de la bomba varían de 25,4 a 120 milímetros. El
desplazamiento de fluido por cada diámetro de bomba depende del número de
emboladas por minuto y de la longitud de la embolada, que puede ser de varios
centímetros hasta 9 metros.
Existen instrumentos que contabilizan el número de emboladas, donde se
demuestran en pantallas de cristal líquido (LCD), estos aparatos monitorean y
presentan la velocidad del número de emboladas por minuto (EPM) y el número
total de emboladas de las bombas. Se calcula de la velocidad de cada embolada y
actualiza la pantalla de velocidad de bombeo de cada segundo, contabiliza
aproximadamente de 6 a 350 emboladas por minuto y de 0 a 9999emboladas
totales acumuladas. El Contador de emboladas es accionado por medio de una
batería con una vida útil de 3 años. Elcontrol de la unidad es por medio de
cristales, razón por la cual no requiere de calibración. Presenta también, un
indicador de bajo voltaje de la batería y un sistema único de paro total en
situaciones donde se presente un voltaje extremadamente bajo, para prevenir
daños a las pantallas LCD.
- LONGITUD DE CARRERA
Distancia que recorre el vástago desde el tope hasta el fondo, con un diámetro ya
establecido, una carrera larga por ejemplo, puede llegar hasta 9.3 metros se debe
hacer lo posible por trabajar a bajos ciclos por minuto esto permite un completo

6. llenado de la bomba y una menor carga dinámica, pero cuando la carrera es muy
larga el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes es demasiado grande,
para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse
vástagos de diámetros superior a lo normal. Además al prolongar la carrera de
distancia entre cojinetes aumenta, y con ello, mejora la guía del vástago.
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.
- 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.
- 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.
De acuerdo a las especificaciones de la API, las cabillas de acero sólido es del
tipo de cabillas más utilizado y ha sido estandarizada por la API, sus extremos son

7. forjados para acomodar las roscas, un diseño que desde 1926 no ha cambiado
hasta la fecha. Todos los efectos negativos inciden en la vida útil de las uniones
de las cabillas de succión, y hacen que el 99% de los rompimientos por fatiga en
los pines de la cabilla, lo cual es ocasionado por un incorrecto enrosque de la
misma. Entre las principales fallas podemos encontrar: tensión, fatiga y pandeo.
En la producción de crudos pesados por bombeo mecánico en pozos direccionales
y algunos pozos verticales, se presenta este tipo de problema (pandeo), la corta
duración de los cuellos y la tubería debido al movimiento reciproco-vertical o
reciprocante (exclusivo en el bombeo mecánico) del cuello en contacto con la
tubería causando un desgaste o ruptura de ambas. Para el pandeo (Buckling de
cabillas) se deben colocar de 1 o 2 centralizadores por cabilla según sea la
severidad. Hay cabillas que tienen centralizadores permanentes.
Entre los tipos de cabillas que existen en el mercado están: Electra, Corod
(continua) y fibra de vidrio. Las cabillas continuas (Corod) fueron diseñadas sin
uniones para eliminar totalmente las fallas en el PIN (macho) y la hembra para
incrementar la vida de la sarta.
La forma elíptica permite que una gran sarta de cabillas sea enrollada sobre rieles
especiales de transporte sin dañarlas de manera permanente. Otra ventaja de este
tipo de varilla es su peso promedio más liviano en comparación a las API.
 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.
 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.

8. - Anclas de Tubería.
Este tipo esta diseñado para ser utilizados en pozos con el propósito de eliminar el
estiramiento y compresión de la tubería de producción, lo cual roza la sarta de
cabillas y ocasiona el desgaste de ambos. Normalmente se utiliza en pozos de alta
profundidad. Se instala en la tubería de producción, siendo éste el que absorbe la
carga de la tubería. Las guías de cabillas son acopladas sobre las cabillas a
diferentes profundidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias
anteriores de un elevado desgaste de tubería.
- 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.
- Pintón.
Su función en el sistema es bombear de manera indefinida. Este 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.
 Funciones de la Válvula
a) Secuencia de operación de la válvula viajera: permite la entrada de flujo hacia el
pistón en su descenso y posteriormente hacer un sello hermético en la carrera
ascendente permitiendo la salida del crudo hacia superficie.
b) Secuencia de operación de la válvula fija: permite el flujo de petróleo hacia la
bomba, al iniciar el pistón su carrera ascendente y cerrar el paso el fluido dentro
del sistema bomba-tubería, cuando se inicia la carrera descendente del pistón.

9. 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:
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:
a) La variación de la velocidad del balancín con respecto a las revoluciones por
minuto de la máquina motriz.
b) La variación de la longitud de carrera.
c) La variación del contrapeso que actúa frente a las cargas de cabillas y fluidos
del pozo.
CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN BALANCÍN
Para la selección de un balancín, se debe tener los siguientes criterios de acuerdo
a la productividad y profundidad que puede tener un pozo:
- Productividad
a) Los equipos deben ser capaces de manejar la producción disponible.
b) Los equipos de superficie deben soportar las cargas originadas por los fluidos y
equipos de bombeo de pozo.
c) Factibilidad de disponer de las condiciones de bombeo en superficie adecuada.
- Profundidad
a) La profundidad del pozo es un factor determinante de los esfuerzos de tensión,
de elongación y del peso.

10. b) Afecta las cargas originadas por los equipos de producción del pozo.
c) Grandes profundidades necesitan el empleo de bombas de subsuelo de largos
recorridos.
La disponibilidad de los balancines va a depender fundamentalmente sobre el
diseño de los mismos. Los balancines sub-diseñados, limitan las condiciones del
equipo de producción y en consecuencia la tasa de producción del pozo. Los
balancines sobre-diseñados, poseen capacidad, carga, torque y carrera están muy
por encima de lo requerido y pueden resultar muchas veces antieconómicos.
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% más livianas
que las que usan manivelas. Se utilizan frecuentemente como unidades portátiles
o como unidades de prueba de pozo (costafuera).
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

11. 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
 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. 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
 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)

12. 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).
 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. 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)
 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.

13. ANEXOS

14. CONCLUSIÓN
El bombeo mecánico es un procedimiento simple de succión y transferencia casi
continua del petróleo hasta la superficie, el cual tiene su principal aplicación en la
extracción de crudos pesados y extra pesados, pero también se llega a utilizar en
la producción de crudos medianos y livianos. Aunque no se recomienda en pozos
desviados y tampoco es recomendable cuando la producción de sólidos y/o la
relación gas–líquido sean muy alta, ya que afecta considerablemente
la eficiencia de la bomba
Básicamente el método de bombeo mecánico convencional, es una herramienta
muy simple y efectiva en las condiciones apropiadas para su funcionamiento y ha
sido un fiel aliado del ser humano en su búsqueda y extracción por el muy
preciado petróleo.
Sin embargo, los retos que se presentan en la industria con yacimientos más
profundos o con características diferentes, nos obligan a utilizar otros métodos de
levantamiento para poder obtener el mayor beneficio del yacimiento encontrado.