El documento presenta información sobre el bombeo por cavidades progresivas (PCP), incluyendo una descripción del principio físico, los equipos de fondo y de superficie, y el proceso de instalación. El PCP consiste en un rotor helicoidal y un estator de elastómero que crean cavidades progresivas para bombear fluidos desde el fondo del pozo a la superficie. Los equipos clave incluyen el rotor, estator, tubería de producción, sarta de varillas, motor y variador de frecuencia. La instalación

1. WILLIAM ALEXANDER ORTIZELIANA PULIDO VASQUEZSILVIA JULIANA IBAÑEZINGENIERIA DE PETROLEOS-UIS BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS (PCP)METODOS DE PRODUCCIÓN

2. 2Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPAGENDAOBJETIVOS

3. INTRODUCCION

4. PRINCIPIO FISICO

5. GENERALIDADES PCP

6. EQUIPOS DE FONDO

7. EQUIPOS DE SUPERFICIE

8. NOMENCLATURA DE LA BCP

9. INSTALACIÓN BPC

10. OPERACIÓN DE LA BCP

11. DISEÑO BCP

12. ANALISIS ECONOMICO

13. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

14. PROBLEMAS DE OPERACIÓN

15. RANGO DE APLICACIÓN

16. CONCLUSIONES

17. BIBLIOGRAFIA3Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPOBJETIVOS

18. 4Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPINTRODUCCIÓN Cuando el yacimiento no tiene la suficiente energía para levantar los fluidos, es necesaria la instalación de un sistema de levantamiento artificial que adicione presión y lleve los fluidos hasta la superficie. El propósito la bomba PCP es minimizar los requerimientos de energía en la cara de la formación productora, y maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento provocando así, mayor afluencia de fluidos. Este SLA consiste en una bomba de desplazamiento rotativo positivo accionada desde la superficie.

19. 5Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPPRINCIPIO FISICOCuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido.Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes: Pérdidas por choque a la entrada del impulsor

20. La fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes

21. Pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. 6Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPPRINCIPIO FISICO El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando. El rendimiento h de una bomba viene dado por: donde γ , Q y h se definen de forma habitual; T es el par ejercido por el motor sobre el eje de la bomba y w el régimen de giro del eje en radianes por segundos.

22. 7Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPPRINCIPIO FISICOPropiedades Mecánicas Los datos de las propiedades dinámicas mecánicas son obtenidas a través de ensayos de desplazamiento de los elastómeros (compresión o tensión), llamado Módulo de elasticidad Complejo (E`) o Stress total. Este módulo está compuesto por:

23. 8BOMBA PCPEstas bombas de desplazamiento positivo consisten en un rotor de acero helicoidal y un estator de elastómero sintético pegado internamente a un tubo de acero.El estator se instala en el pozo conectado al fondo de la tubería de producción, a la vez que el rotor esta conectado al final de la sarta de cabillas.ELECTRIC MOTORROODSSTATORTUBINGCASINGROTORFuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP

24. 9Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPSISTEMA PCPGrampa de la barra pulidaRelación de la transmisiónSarta de cabillasMotor eléctricoTubería de producciónCabezal de rotaciónRotorBarra pulidaEstatorStuffing BoxPumping TeePin de paroCabezal de pozoAncla antitorqueRevestidor de producciónTubería de producciónRevestidor de producciónSarta de cabillasFuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

25. 10Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE FONDO

26. EQUIPOS DE FONDO:Tubería de producción Es una tubería de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo. Si no hay ancla de torsión, se debe ajustar con el máximo API, para prevenir el desenrosque de la tubería de producción.11Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPFuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

27. 12Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE FONDO:Sarta de varillasEs un conjunto de varillas unidas entre sí por medio de cuplas. La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie. Los diámetros máximos utilizados están limitados por el diámetro interior de la tubería de producción.Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

28. 13Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE FONDO:Estator Es una hélice doble interna y moldeado a precisión, hecho de un elastómero sintético el cual está adherido dentro de un tubo de acero. Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

29. EQUIPOS DE FONDO:Rotor14Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEl rotor está fabricado con acero de alta resistencia mecanizado con precisión y recubierto con una capa de material altamente resistente a la abrasión. Se conecta a la sarta de cabillas (bombas tipo Tubular) las cuales le transmiten el movimiento de rotación desde la superficie (accionamiento o impulsor). Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

30. 15Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE FONDO:Niple de ParoEs parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior del estator. Su función es:Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento, para que el rotor tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente.

31. Servir de pulmón al estiramiento de las varillas, con la unidad funcionando.

32. Como succión de la bomba.Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

33. 16Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE FONDO:Niple IntermedioSu función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla, cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite.Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

34. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP17EQUIPOS DE FONDO:Elastómeros El Elastómero reviste internamente al Estator y en si es un polímero de alto peso molecular con la propiedad de deformarse y recuperarse elásticamente, esta propiedad se conoce como residencia o memoria, y es la que hace posible que se produzca la interferencia entre el Rotor y el Estator.Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.

35. EQUIPOS DE FONDO: Características de los elastómerosBombeo por Cavidades Progresivas-PCP18 Buena resistencia química a los fluidos a transportar.

36. Buena resistencia térmica.

37. Capacidad de recuperación elástica.

38. Adecuadas propiedades mecánicas, especialmente resistencia a la fatiga.

39. Propiedades mecánicas mínimas requeridas.

40. Hinchamiento: del 3 al 7% (máximo).

41. Dureza Shore A: 55 a 78 puntos.

42. Resistencia Tensíl: Mayor a 55 Mpa.

43. Elongación a la ruptura: Mayor al 500%

44. Resistencia a la fatiga: Mayor a 55.000 ciclos

45. Resistencia al corte: Mayor a 4 Kgrs/mm.Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP19EQUIPOS DE FONDO:ElastómerosElastómero 159Es un co-polimero butadieno-acrilonitrilo con 45% de Nitrilo. Su distribuidor (y fabricante) lo utiliza como estándar para comparación de la solidez y resistencia química de los Elastómeros.Elastómero 194Es un butadieno-acrilonitrilo con alto contenido de nitrilo. Este Elastómero fue desarrollado para crudos pesados con alto contenido de arena. La resistencia a la abrasión es buena (dureza Shore A = 58) .

46. EQUIPOS DE FONDO:ElastómerosBombeo por Cavidades Progresivas-PCP20Elastómero 198Un butadieno-acrilonitrilo hidrogenado (no es un caucho). Este Elastómero fue desarrollado para obtener una mayor resistencia al H2S y a mayor temperatura que la del caucho.Elastómero 199 Es un co-polimero butadieno-acrilonitrilo con 50% de nitrilo. Su resistencia a los aromáticos es buena, se ha utilizado con éxito en fluidos con 13% de aromáticos a 40 °C (104 °F). Elastómero 204 Es un co-polimero fuorocarbono butadieno. Este Elastómero fue desarrollado para obtener mayor resistencia a los aromáticos y a los gases ácidos (CO2 y H2S).

47. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP21EQUIPOS DE FONDO:Elastómeros-Factores limitantes Los elastómeros se construyen de materiales vivos, sus propiedades pueden verse afectados de manera adversa por:a) Los parámetros que caracterizan el fluido del pozo tales como:b) La presencia de agentes físicos o químicos, tales como:Gravedad del crudoRelación gas liquidoCorte de aguaTemperatura de profundidad de la bombaPartículas abrasivasCO2 y H2SSolventes aromáticosAgentes agresivos

48. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP22EQUIPOS DE FONDO:Elastómeros-ConsecuenciasComienzo del desprendimiento del elastómero debido a la rigidez del mismoProyección del desprendimiento a lo largo del lóbuloDesprendimiento profundo y falta de adherencia a la camisa del estator.Endurecimiento del centro del lóbulo. Ejemplo de elastómeros en el yacimiento DiademaFuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.Rango de algunos elastómeros distribuidos comercialmente

49. EQUIPOS DE FONDO:Elastómeros-Factores limitantesBombeo por Cavidades Progresivas-PCP23c) Los cambios más comunes en las propiedades mecánicas y susconsecuencias son:Hinchazón, lleva a excesiva interferencia.

50. Endurecimiento, lleva a la pérdida de la resistencia.

51. Ablandamiento, debilidad y deterioro del sellaje.Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .Rango de algunos elastómeros distribuidos comercialmente

52. 24Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE SUPERFICIE

53. 25Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE SUPERFICIE:Cabezal de rotaciónSu función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla, cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite.Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

54. 26Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE SUPERFICIE:MotorEs el equipo giratorio que genera el movimiento giratorio del sistema. Requiere bajos costos de mantenimiento, posee alta eficiencia, bajos costos de energía, es de fácil operación y de muy bajo ruido.Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

55. 27Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE SUPERFICIE:Variadores de frecuenciaEstos equipos son utilizados para brindar la flexibilidad del cambio de velocidad en muy breve tiempo y sin recurrir a modificaciones mecánicas en los equipos.El Variador de frecuencia rectifica la corriente alterna requerida por el motor y la modula electrónicamente produciendo una señal de salida con frecuencia y voltaje diferente. Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

56. 28Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPEQUIPOS DE SUPERFICIE:Sistema de correas y poleasDispositivo utilizado para transferir la energía desde lafuente de energía primaria hasta el cabezal de rotación. La relación de transmisión con poleas y correas debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezalseleccionado y de la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo (a la PCP).Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

57. NOMENCLATURA DE LAS BCPSEGÚN EL FABRICANTE29Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPFuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

58. NOMENCLATURA DE LAS BCPSEGÚN EL FABRICANTE30Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPFuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.

59. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP31INSTALACION1. Confirmar que el equipo este configurado para realizar las siguientes conexiones.2. Medir la distancia b, desde el pin de paro al fondo del estator.3. Llenar el pozo con fluido muerto y correr el tubing con el estator y el ancla de torque.ESTATORROTORPIN DE PAROBFuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .

60. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP32INSTALACION4. Calcular el numero de cabillas.5. Engrasar el rotor para facilitar la inserción del mismo dentro del estator.6. Insertar la sarta de cabillas en el pozo con el rotor conectado en el fondo.7. Bajar la sarta de cabillas lentamente hasta observar rotación de la misma.8. Cuando las cabillas empiecen a rotar, bajar lentamente la sarta de cabillas.9.Continuar bajando la sarta de cabillas..

61. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP33INSTALACION10. Subir lentamente la sarta de cabillas.11. Marcar la cabilla superior al nivel de la tee de producción.12. Levantar la sarta y desconectar la cabilla superior.13. Medir la distancia A.14. Calcular la longitud L, así:DISTANCIA CNEGATIVADISTANCIA CA. CABEZAL DE EJE HUECOB. CABEZAL DE EJE INTEGRADOFuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .

62. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP34INSTALACION15. En el caso de cabezales integrados, la longitud de pony rods equivalentes a «L» debe sumarse a la sarta de cabillas. 16. Para un cabezal de eje hueco con un stuffing box integrado.Para cabezales de eje hueco con stuffing box separado. Engrasar la barra pulida e insertarla a través del stuffing box usando una conexión cónica de protección. Roscar un acople en la base de la barra pulida y levantar todo el conjunto en posición vertical.

63. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP35INSTALACION Bajar y conectar la barra pulida con la sarta de cabillas y el stuffing box con la tee de producción. Asegurarse de cumplir con estas especificaciones de manera que el torque aplicado para la conexión no sea excesivo.GRAMPA DE SEGURIDADCUERPO DEL CABEZAL TOPE DE LA SARTA DE CABLITAS BARRA PULIDA PUNTO DE REFERENCIAFuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .

64. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP36INSTALACIONPUNTO DE REFERENCCIAESPACIADO DE LA BARRA DE 6 A 24 PULGADAS (15-60 CMS)GRAMPA DE SEGURIDADPUNTO DE REFERENCIAACOPLE DE CONEXIÓN ENTRE BARRA PULIDA Y LA SARTA DE CABLITASFuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .CONEXIÓN DEL CABEZALCONEXIÓN DE BARRA PULIDA

65. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP37OPERACIÓN Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las variables de operación y control.

66. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP38OPERACIÓNVelocidad de rotación (rpm)

67. Frecuencia (Hz)

68. Velocidad del motor (rpm)

69. Intensidad de la corriente (Amp)

70. Tensión en la red (Volt)

71. Tensión en la salida (Volt)

72. Torque (lb-pie)

73. Potencia (Kw o Hp)

74. Temperatura en el variador de frecuencia (ºC o ºF)

75. Presión en el cabezal del pozo

76. Variables analógicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o superficie), tales como presión o temperaturaBombeo por Cavidades Progresivas-PCP39OPERACIÓN.

77. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP40OPERACIÓNEsperar que el pozo – sistema de bombeo se estabilice antes de proceder con la optimización y arrancar con baja velocidad de rotación.Durante la fase de hinchamiento es posible que la eficiencia volumétrica de la bomba sea baja (a veces muy baja) por lo cual, las medidas de torque, potencia, presiones de superficie y la producción propiamente dicha del pozo serán relativamente bajas.

78. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP41OPERACIÓNDurante estos primeros días, se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las variables de operación a diario, de manera de observar el comportamiento del sistema y su relación con el hinchamiento del elastómero.Durante estos primeros días, se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las variables de operación a diario, de manera de observar el comportamiento del sistema y su relación con el hinchamiento del elastómero.

79. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP42OPERACIÓNDurante esta fase se debe esperar incrementos en la producción, disminución en la surgenciade la bomba, incrementos en la presión del cabezal (presión en la tubería de producción) en el torque y en la potencia requerida. Una vez que se determine que el sistema “yacimiento - pozo – equipos de producción” estén estabilizados, se procede con el proceso de optimización.

80. 43Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPFLUJOGRAMA DEL DISEÑOGeometría del pozoTipo y curvaturaDISEÑO FINAL DEL SISTEMAProfundidad del asentamientoConfiguración del pozoDimensionesCasing, tubing, cabillas ,limitaciones mecánicasPresión de descargaSelección de equipos en superficie:Cabezal de rotación, relación de transmisión, motor, variadorProducción y levantamiento requeridosPotencia, torque y velocidad requeridos en superficie.Condiciones del yacimientoComportamiento IPR, tasa de producción , presión de fondo fluyente, nivel de fluido dinámico.Selección de la bomba :Capacidad de levantamientoCapacidad volumétricaCurvas de comportamientoTipo de elastómeroSelección de las cabillasCargas , torque, esfuerzos, contactos cabilla/tubingPropiedades del fluidoT,ρ, viscosidad, contenido de H2S y CO2 .Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .

81. 44Bombeo por Cavidades Progresivas-PCPDISEÑO PCP Las principales condiciones de diseño de un sistema PCP pueden ser clasificadas según:Condiciones de bombeo.

82. Efecto del flujo de fluidos.

83. Cargas y esfuerzos sobre la sarta de cabillas.

84. Desgaste sobre cabillas y tubería de producción.

85. Dimensionamiento de los equipos.“El objetivo principal del diseño es lograr un balance entre las condiciones anteriormente descritas para una aplicación especifica.”12345Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .

86. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP45 Las condiciones de bombeo mas importantes para la correcta selección de la bomba son: DISEÑO PCPCondiciones de bombeo

87. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP46 Basado en los anteriores parámetros , las condiciones de bombeo permiten hacer una correcta selección de la bomba de fondo que tenga las siguientes características: DISEÑO PCPCondiciones de bombeo