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Ferney Leiton
Adrian Rojas
Carlos Rozo
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
BOMBEO DE CAVIDADES
PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 1
La bomba PCP esta constituida por dos piezas longitudinales en forma de
hélice, una que gira en contacto permanente dentro de la otra que esta fija,
formando un engranaje helicoidal:
2.El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola
hélice
3.2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acero
revestida internamente por un elastómero, moldeado en forma de hélice
enfrentadas entre Si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 2
¿QUÉ ES UNA PCP?
• Producción de petróleos pesados y bitúmenes (<18 API) con cortes de
arena hasta del 50%
• Producción de crudos medios ( 18-30%API) con limitaciones en el
porcentaje de SH2
Petróleos livianos(>30% API)con limitaciones en aromáticos
Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones brutas,
•
•
asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria ( por
inyección de agua).
AVANCES
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 3
•
•
•
•
•
Alta eficiencia total
Habilidad para producir fluidos altamente viscosos
Habilidad para producir con altas concentraciones de arena
Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre ( no se bloquea)
Ausencia de válvulas o partes reciprocantes evitando el bloqueo o
desgaste de las partes móviles
Muy buena resistencia a la abrasión
Bajos costos de inversión inicial
Bajos costos de energía
Demanda constante de energía
Simple instalación y operación
Bajo mantenimiento
Equipos de superficie de pequeñas dimensiones
Bajo nivel de ruido.
•
•
•
•
•
•
•
•
VENTAJAS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 4
• Las capacidades de desplazamiento real de hasta 2000 Bls/dia o 320
m3/dia (máximo 4000 Bls/dia o 64 m3/dia)
Capacidad de elevación de hasta 6000 pies 0 1850 metros (máximo
10050 pies o 3500 metros)
Resistencia a la temperatura de hasta 280 f o 138 c (máxima de 350 f o
178 c)
Alta sensibilidad a los fluidos producidos ( los elastómeros pueden
•
•
•
hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por
periodos prolongados de tiempo)
• Opera con bajas capacidades volumétricas cuando se producen
cantidades de gas libres considerables (evitando una buena
lubricación)
DESVENTAJAS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 5
• Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en
seco por tiempos relativamente cortos
Desgaste por contacto entre varillas de bombeo y la tubería de
producción puede tornarse grave en pozos direccionales y horizontales
La mayoría de los sistemas requieren la remoción de la tubería de
producción para sustituir la bomba
Los sistemas están propensos a altas vibraciones en el caso de operar
•
•
•
a altas velocidades requiriendo el uso de anclas de tubería y
estabilizadores o centralizadores de varillas de bombeo
Poca experiencia en el diseño, instalación y operación del sistema
•
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 6
El Estator y el Rotor no son
concéntricos , un motor transmite
movimiento rotacional al rotor que
lo hace girar en si propio eje este
movimiento forman una serie de
cavidades idénticas y separadas
entre si.
Cuando el rotor gira en el interior
desplazan
fondo del
axialmente
Estator
desde
hasta
del estator estas cavidades se
el
la
creando un efecto de
descarga
succión
Las cavidades están
positivo.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
hidráulicamente selladas y el tipo
d
B
e
O
M
b
B
o
E
m
OD
bE
eC
oA
V
eI
D
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D
dE
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d
R
O
e
G
s
p
R
E
l
a
S
I
z
V
a
A
S
m
iento
7
PRODUCCIÓN II
D= Diámetro mayor del rotor
dr= Diámetro de la sección transversal del rotor
E= Excentricidad del rotor.
Ps= Paso del estator (Longitud de la cavidad = longitud de la etapa)
Pr = Paso del rotor
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 8
Cada ciclo de rotación del rotor produce dos
cavidades de flujo. La sección de esta cavidad esta
dada por.
A= 4 * d * E
El área y la velocidad son constantes. Así como el
caudal permanece uniforme. Estas características
del sistema son la deferencia entre el bombeo
alternativo con descarga pulsante.
El desplazamiento de la bomba, es el volumen
producido por cada vuelta del rotor, (En función del
área y de la longitud de la cavidad)
V = A*L = 4*dr*E*Ps
En tanto, el caudal es directamente proporcional al
desplazamiento y a la velocidad de rotación N
Q=V*N = 4*dr*E*Ps*N
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 9
La capacidad de la bomba PCP está dada por las líneas de sello
hidráulico formados entre el ROTOR-ESTATOR.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 10
Existen distintas geometrías en bombas PCP,
directamente con el número de lóbulos del
clasifican en dos grandes grupos.
• Singlelobe o single lobulares: Geometría 1:2
y están relacionadas
estator y rotor. Y se
•Multilobe o multilobulares: Geometria 2:3 , 3:4 entre otras.
GEOMETRIAS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 11
La presión desarrollada dentro de la bomba depende de:
• Numero de líneas de sello – etapas
• Interferencia o compresión entre rotor y estator.
La mayor o menor interferencia o compresión se puede lograr variando
el diámetro
La expansión del elastómero hace que la interferencia aumente. Está
expansión se pueda dar por
• Expansión Térmica .
• Expansión química .
PRESIÓN EN LA BOMBA – DISTRIBUCIÓN Y
EFECTOS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 12
Cada sello es una etapa en la bomba, diseñadas para soportar una
determinada presión diferencial. Se pueden presentar distintas
combinaciones que afectan la distribución de la presión dentro de la
bomba.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 13
ELASTÓMEROS
Elemento que puede ser estirado un mínimo de 2 veces su
longitud y recuperar inmediatamente su dimensión original.
Son la base del sistema PCP en el que está moldeado el perfil de
doble hélice del estator. De su correcta determinación y su
interferencia con el rotor depende en gran medida la vida útil de
la PCP.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 14
CONDICIONES DE ELASTOMEROS PARA PCP
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 15
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 16
COMPONENTES DE UN SISTEMA PCP
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 17
• Consiste en un rotor de acero de forma helicoidal y un estator elastómero
sintético moldeado en un tubo de acero.
• El estator es bajado al fondo del pozo siendo parte del extremo inferior
de la columna de tubos de producción, el rotor es conectado y bajado y
bajado junto a las varillas de bombeo. El movimiento de rotación del
rotor dentro del elastómero es transmitido por las varillas que están
conectadas a un Cabezal.
INSTALACION TIPICA
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 18
COMPONENTES DE LA COLUMNA DE
TUBINGS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 19
ELEMENTOS DE LA SARTA DE VARILLAS DE
BOMBEO
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 20
INSTALACIÓN EN SUPERFICIE
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 21
Es un equipo que se acciona mecánicamente instalado en la superficie
sobre la cabeza del pozo.
cabezal directo
CABEZAL DE ROTACION
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 22
PARTES
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 23
CABEZAL DIRECTO:
•Carga axial de 33,000 libras
•Torque continuo de 1,000 pie x libra.
•potencia de 75 KW (100 HP)
•El eje impulsor hueco permite el paso de una barra pulida de 1 1/4 o 1 1/2
pulg
•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco
automático y de accionamiento hidráulico.
TIPOS DE CABEZAL
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 24
 Cabezal directo (sin caja reductora):
La relación es directa y viene determinado por la velocidad del motor y la
velocidad requerida por el sistema.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 25
CABEZAL ANGULAR:
•Carga axial de 41,800 libras
•Torque continuo de 1,000 pie x libra.
•potencia de 75 KW (100 HP)
•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco
automático y de accionamiento hidráulico.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 26
 Cabezal angular (con caja reductora):
 La rotación entre el eje del motor y el cabezal es inversamente
proporcional a la relación total de transmisión.
 El torque es directamente proporcional a la relación total de
transmisión.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 27
MOTORREDUCTOR:
•Facilidad para obtener velocidades bajas.
•Posibilidad de utilizar un motor de combustión interna cuando no hay
disponible energía eléctrica.
•Carga axial de 33,000 libras
•Torque continuo de 1,000 pie x libra.
•Potencia de 75 KW (100 HP)
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 28
Puede ser un motor eléctrico o de combustión interna que transmite
energía hasta el cabezal de rotación.
SISTEMAS DE TRANSMISION
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 29
En ocasiones se utilizan poleas como cajas reductoras para manejar
velocidades menores a 150 RPM, con el fin de no hacer forzar el motor a
trabajar a bajas RPM, ya que la insuficiencia de disipación de calor podría
generar la falla del mismo.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 30
TIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN
Sistema con poleas y correas:
La relación con poleas y
correas se selecciona de
acuerdo al tipo de cabezal y a
la potencia/torque que se
deba transmitir a las varillas
de bombeo.
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 31
• Cuando el sistema PCP esta en funcionamiento, se acumula gran
energía en forma de torsión sobre las varillas.
• Si se para el sistema repentinamente la energía de las varillas se
libera y gira inversamente para generar torsión.
• Este proceso se conoce como Back Spin.
• Durante este proceso se pueden alcanzar velocidades muy altas y
genera grandes daños:
 Daños en equipo de superficie


Desenrosque de la sarta de varillas
rotura violenta de la polea de cabezal.
SISTEMA DE FRENADO
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 32
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 33
PRODUCCIÓN II 34
Freno de accionamiento por fricción:
Es utilizado para potencias transmitidas menores a 75 HP.
Posee un sistema de disco y pastillas por fricción accionadas mecánica o
hidráulicamente
Son instalados por fuera del sistema del cuerpo de cabezal.
TIPOS DE FRENOS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 35
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 36
Freno de accionamiento hidráulico:
 Es de los mas utilizados por su gran eficiencia.
 Esta integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotario
que gira en sentido de las agujas del reloj.
 Al ocurrir el Back spin el plato acciona un mecanismo hidráulico que
genera resistencia al movimiento inverso.
Dependiendo del diseño del cabezal el
mecanismo puede accionarse con juegos
de válvula de drenaje, embragues
mecánicos, entre otros.
•
Interferencia.
Es una característica que intrínsecamente está asociada a la eficiencia de
la bomba en cuanto a su desplazamiento y a su capacidad para
transportar los fluidos hasta la superficie es el grado de ajuste o “apriete”
entre el elastómero y el rotor
• En una PCP se define como la diferencia entre el diámetro del rotor y el
diámetro menor de la cavidad del estator, esta garantiza que exista el
sello entre las cavidades que permite la acción de bombeo.
• Cuando la bomba es sometida a una diferencia de presión entre su
succión y su descarga, el fluido trata de romper este sello para regresar a
las cavidades anteriores, lo cual se conoce como escurrimiento
• Si la interferencia es muy pequeña el sello se rompe fácilmente
PRODUCCIÓN II 37
FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO
DE LA BOMBA.
La eficiencia volumétrica se calcula como la relación entre el caudal
real de la bomba y su caudal Teórico.
A una presión diferencial igual a cero, la eficiencia volumétrica
debería ser igual al 100 %, aunque se pueden encontrar
diferencias debido a pequeñas diferencias dimensionales del
rotor y/o estator.
Eficiencia y escurrimiento
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 38
Efecto del escurrimiento sobre la eficiencia volumétrica de la bomba.
disminución
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 39
Esta
es debido al
escurrimiento del
fluido a través de
la línea de sello
rotor/estator
desde la zona de
mayor presión a la
de menor.
El escurrimiento: Diferencia entre el desplazamiento (caudal) real de la bomba a una
determinada presión diferencial y el caudal real inicial a presión cero.
• Por ser una función de la presión diferencial, la eficiencia
volumétrica y el deslizamiento también dependerán de :
4. La capacidad de elevación de la bomba (presión máxima o
numero de etapas)
6. La viscosidad del flujo.
8. Interferencia entre estator y rotor (ajuste)
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 40
Eficiencia en función de la capacidad de elevación de la bomba
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 41
Se puede apreciar que a medida que aumenta el numero de etapas de la bomba, el
escurrimiento disminuye y la eficiencia aumenta, debido a que cada cavidad soporta
menor presión.
Esta también contribuye a disminuir el escurrimiento y aumentar la
deficiencia volumétrica a medida que su valor es mayor.
Eficiencia en función de la viscosidad del fluido
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 42
La eficiencia inicial
menor en el caso
de fluidos mas
viscosos se debe a
que el área de flujo
transversal
afectada
adherencia
se ve
por la
del
elemento viscoso a
las paredes tanto
del estator como
del rotor.
A una presión diferencial dada, el escurrimiento y la eficiencia
volumétrica son extremadamente dependientes del ajuste por
interferencia entre rotor y estator.
Eficiencia en función de la interferencia rotor/estator
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 43
A medida que el
fluido se deslice a
través de las líneas
de sello a una
presión diferencial
dada,
disminuyendo las
perdidas por
escurrimiento.
HISTERESIS
•Deformación
elastómero
cíclica excesiva del
•Interferencia entre el rotor y estator alta
•Elastómero sometido a alta presión
•Alta temperatura/ poca disipación del
calor
FALLAS EN ELASTOMEROS
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 44
ELASTÓMERO QUEMADO POR LA ALTA
TEMPERATURA
•Cuando la bomba trabaja sin fluido (sin
lubricación) por largos periodos de tiempo
•La falta de fluido puede deberse a la falta
de producción del pozo u obstrucciones de
la sección
•Se eleva la temperatura y se produce la
quema del elastómero
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 45
ELASTÓMERO DESPEGADO
•Falla en el proceso de fabricación, debido a
la falta de pegamento
•Puede también combinarse con efectos del
fluido producido y las condiciones del pozo
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 46
ABRASIÓN
•La severidad puede depender de:
abrasividad de las partículas, cantidad,
velocidad del fluido dentro de la bomba y a
través de la sección transversal de la
cavidad
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 47
Desgaste por abrasión sin
afectar el material base
Cromado saltado sin afectar el
material base
Desgaste por abrasión sin afectar el
material base y si afectar el cromado
en forma total
FALLAS EN ROTORES
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 48
Desgaste profundo localizado
Desgaste metal - metal
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 49
3.Datos del pozo
4.Datos de la bomba
5.Calculo teórico del caudal
6.Cálculo de presión sobre la bomba
7.Cálculo de la potencia consumida
8.Cálculo de torques
9.Cálculo de esfuerzos axiales
1. Debido a la presión sobre la bomba
2. Debido al peso de la varilla
12.Cálculo de las tensiones combinadas
13.Cálculo de estiramiento de la sarta de varillas
GUÍA PARA EL DIEÑO DE UN PCP
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 50
3. Cálculo teórico del caudal
La sección de la cavidad es
generada por :
A=4*d*E
El desplazamiento de la bomba,
es el volumen producido por
cada vuelta del rotor:
V=A*Pe (cm3)
El caudal es directamente
proporcional al desplazamiento y
a la velocidad de rotación N:
Q=V*N C
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 51
4. Cálculo de presión sobre la bomba
La presión total sobre la bomba está dada por:
•Presión de boca del pozo (Dato)
•Presión por fricción
P. fricción= Long tubing * factor de pérdida
•Presión debido a la columna de liquido a elevar
TDH= Pbdp + Pfricción + P nivel
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 52
5. Cálculo de potencia requerida
Para el caso de bombas PCP se considera un rendimiento = 0,6 – 0,7
6. Cálculo de torques
Torque= K*Hp
RPM
RPM = Qrequerido
C*Efi
K – 5252 para torque (lb*ft)
7. Cálculo de esfuerzos axiales
1. Debido al peso de la varilla (F1)
F1= longitud *peso de varilla
2. Debido a la presión sobre la bomba (F2)
F = F1+F2
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 53
8. Cálculo de las tensiones combinadas
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
PRODUCCIÓN II 54
• Producción de crudo pesado y bitumen (<12° API)
con cortes de arena hasta 50
• Producción de crudos medianos (de 12 a 20 ° API)
con contenido limitado de H2S
• Producción de crudos livianos dulces (> 20 API)
con limitaciones en el contenido de aromáticos
• Pozos de agua superficial
• Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas
• Evaluación de nuevas áreas de producción.
RANGO DE APLICACIÓN
PRODUCCIÓN II 55
• Bombas Tubulares.
• Bombas tipo Insertable
• Bombas de geometría simple
• Bombas Multilobulares
• Bombas de Alto Caudal
• Bombas de gran altura (head).
CLASIFICACIÒN
PRODUCCIÓN II 56
Tubulares
•
•
• El estator y el rotor son elementos
totalmente independientes el uno
del otro.
El estator se baja en el pozo
conectado a la tubería de
producción
Al rotor, este se conecta y se baja al
pozo con la sarta de cabillas
Insertable
Geometría simple
• Son aquellas en las cuales el
número de lóbulos del rotor
es de uno, mientras que el
estator es de dos lóbulos
(relación 1x2).
•
• El estator y el rotor son
elementos independientes,
ambos son ensamblados de
manera de ofrecer un conjunto
único el cual se baja en el pozo
con la sarta de cabillas hasta
conectarse en una zapata o niple
de asentamiento
Multilobulares
Ofrecen relaciones 2x3,
3x4, etc . estas bombas
ofrecen mayores caudales
que sus similares de
geometría simple.
PRODUCCIÓN II 57
BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
58
PRODUCCIÓN II

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  • 1. Angee Clavijo Ferney Leiton Adrian Rojas Carlos Rozo BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 1
  • 2. La bomba PCP esta constituida por dos piezas longitudinales en forma de hélice, una que gira en contacto permanente dentro de la otra que esta fija, formando un engranaje helicoidal: 2.El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola hélice 3.2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acero revestida internamente por un elastómero, moldeado en forma de hélice enfrentadas entre Si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 2 ¿QUÉ ES UNA PCP?
  • 3. • Producción de petróleos pesados y bitúmenes (<18 API) con cortes de arena hasta del 50% • Producción de crudos medios ( 18-30%API) con limitaciones en el porcentaje de SH2 Petróleos livianos(>30% API)con limitaciones en aromáticos Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones brutas, • • asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria ( por inyección de agua). AVANCES BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 3
  • 4. • • • • • Alta eficiencia total Habilidad para producir fluidos altamente viscosos Habilidad para producir con altas concentraciones de arena Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre ( no se bloquea) Ausencia de válvulas o partes reciprocantes evitando el bloqueo o desgaste de las partes móviles Muy buena resistencia a la abrasión Bajos costos de inversión inicial Bajos costos de energía Demanda constante de energía Simple instalación y operación Bajo mantenimiento Equipos de superficie de pequeñas dimensiones Bajo nivel de ruido. • • • • • • • • VENTAJAS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 4
  • 5. • Las capacidades de desplazamiento real de hasta 2000 Bls/dia o 320 m3/dia (máximo 4000 Bls/dia o 64 m3/dia) Capacidad de elevación de hasta 6000 pies 0 1850 metros (máximo 10050 pies o 3500 metros) Resistencia a la temperatura de hasta 280 f o 138 c (máxima de 350 f o 178 c) Alta sensibilidad a los fluidos producidos ( los elastómeros pueden • • • hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periodos prolongados de tiempo) • Opera con bajas capacidades volumétricas cuando se producen cantidades de gas libres considerables (evitando una buena lubricación) DESVENTAJAS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 5
  • 6. • Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por tiempos relativamente cortos Desgaste por contacto entre varillas de bombeo y la tubería de producción puede tornarse grave en pozos direccionales y horizontales La mayoría de los sistemas requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba Los sistemas están propensos a altas vibraciones en el caso de operar • • • a altas velocidades requiriendo el uso de anclas de tubería y estabilizadores o centralizadores de varillas de bombeo Poca experiencia en el diseño, instalación y operación del sistema • BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 6
  • 7. El Estator y el Rotor no son concéntricos , un motor transmite movimiento rotacional al rotor que lo hace girar en si propio eje este movimiento forman una serie de cavidades idénticas y separadas entre si. Cuando el rotor gira en el interior desplazan fondo del axialmente Estator desde hasta del estator estas cavidades se el la creando un efecto de descarga succión Las cavidades están positivo. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO hidráulicamente selladas y el tipo d B e O M b B o E m OD bE eC oA V eI D sA D dE eSP d R O e G s p R E l a S I z V a A S m iento 7 PRODUCCIÓN II
  • 8. D= Diámetro mayor del rotor dr= Diámetro de la sección transversal del rotor E= Excentricidad del rotor. Ps= Paso del estator (Longitud de la cavidad = longitud de la etapa) Pr = Paso del rotor BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 8
  • 9. Cada ciclo de rotación del rotor produce dos cavidades de flujo. La sección de esta cavidad esta dada por. A= 4 * d * E El área y la velocidad son constantes. Así como el caudal permanece uniforme. Estas características del sistema son la deferencia entre el bombeo alternativo con descarga pulsante. El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor, (En función del área y de la longitud de la cavidad) V = A*L = 4*dr*E*Ps En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación N Q=V*N = 4*dr*E*Ps*N BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 9
  • 10. La capacidad de la bomba PCP está dada por las líneas de sello hidráulico formados entre el ROTOR-ESTATOR. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 10
  • 11. Existen distintas geometrías en bombas PCP, directamente con el número de lóbulos del clasifican en dos grandes grupos. • Singlelobe o single lobulares: Geometría 1:2 y están relacionadas estator y rotor. Y se •Multilobe o multilobulares: Geometria 2:3 , 3:4 entre otras. GEOMETRIAS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 11
  • 12. La presión desarrollada dentro de la bomba depende de: • Numero de líneas de sello – etapas • Interferencia o compresión entre rotor y estator. La mayor o menor interferencia o compresión se puede lograr variando el diámetro La expansión del elastómero hace que la interferencia aumente. Está expansión se pueda dar por • Expansión Térmica . • Expansión química . PRESIÓN EN LA BOMBA – DISTRIBUCIÓN Y EFECTOS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 12
  • 13. Cada sello es una etapa en la bomba, diseñadas para soportar una determinada presión diferencial. Se pueden presentar distintas combinaciones que afectan la distribución de la presión dentro de la bomba. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 13
  • 14. ELASTÓMEROS Elemento que puede ser estirado un mínimo de 2 veces su longitud y recuperar inmediatamente su dimensión original. Son la base del sistema PCP en el que está moldeado el perfil de doble hélice del estator. De su correcta determinación y su interferencia con el rotor depende en gran medida la vida útil de la PCP. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 14
  • 15. CONDICIONES DE ELASTOMEROS PARA PCP BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 15
  • 16. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 16
  • 17. COMPONENTES DE UN SISTEMA PCP BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 17
  • 18. • Consiste en un rotor de acero de forma helicoidal y un estator elastómero sintético moldeado en un tubo de acero. • El estator es bajado al fondo del pozo siendo parte del extremo inferior de la columna de tubos de producción, el rotor es conectado y bajado y bajado junto a las varillas de bombeo. El movimiento de rotación del rotor dentro del elastómero es transmitido por las varillas que están conectadas a un Cabezal. INSTALACION TIPICA BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 18
  • 19. COMPONENTES DE LA COLUMNA DE TUBINGS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 19
  • 20. ELEMENTOS DE LA SARTA DE VARILLAS DE BOMBEO BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 20
  • 21. INSTALACIÓN EN SUPERFICIE BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 21
  • 22. Es un equipo que se acciona mecánicamente instalado en la superficie sobre la cabeza del pozo. cabezal directo CABEZAL DE ROTACION BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 22
  • 23. PARTES BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 23
  • 24. CABEZAL DIRECTO: •Carga axial de 33,000 libras •Torque continuo de 1,000 pie x libra. •potencia de 75 KW (100 HP) •El eje impulsor hueco permite el paso de una barra pulida de 1 1/4 o 1 1/2 pulg •La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco automático y de accionamiento hidráulico. TIPOS DE CABEZAL BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 24
  • 25.  Cabezal directo (sin caja reductora): La relación es directa y viene determinado por la velocidad del motor y la velocidad requerida por el sistema. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 25
  • 26. CABEZAL ANGULAR: •Carga axial de 41,800 libras •Torque continuo de 1,000 pie x libra. •potencia de 75 KW (100 HP) •La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco automático y de accionamiento hidráulico. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 26
  • 27.  Cabezal angular (con caja reductora):  La rotación entre el eje del motor y el cabezal es inversamente proporcional a la relación total de transmisión.  El torque es directamente proporcional a la relación total de transmisión. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 27
  • 28. MOTORREDUCTOR: •Facilidad para obtener velocidades bajas. •Posibilidad de utilizar un motor de combustión interna cuando no hay disponible energía eléctrica. •Carga axial de 33,000 libras •Torque continuo de 1,000 pie x libra. •Potencia de 75 KW (100 HP) BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 28
  • 29. Puede ser un motor eléctrico o de combustión interna que transmite energía hasta el cabezal de rotación. SISTEMAS DE TRANSMISION BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 29
  • 30. En ocasiones se utilizan poleas como cajas reductoras para manejar velocidades menores a 150 RPM, con el fin de no hacer forzar el motor a trabajar a bajas RPM, ya que la insuficiencia de disipación de calor podría generar la falla del mismo. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 30
  • 31. TIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Sistema con poleas y correas: La relación con poleas y correas se selecciona de acuerdo al tipo de cabezal y a la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 31
  • 32. • Cuando el sistema PCP esta en funcionamiento, se acumula gran energía en forma de torsión sobre las varillas. • Si se para el sistema repentinamente la energía de las varillas se libera y gira inversamente para generar torsión. • Este proceso se conoce como Back Spin. • Durante este proceso se pueden alcanzar velocidades muy altas y genera grandes daños:  Daños en equipo de superficie   Desenrosque de la sarta de varillas rotura violenta de la polea de cabezal. SISTEMA DE FRENADO BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 32
  • 33. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 33
  • 35. Freno de accionamiento por fricción: Es utilizado para potencias transmitidas menores a 75 HP. Posee un sistema de disco y pastillas por fricción accionadas mecánica o hidráulicamente Son instalados por fuera del sistema del cuerpo de cabezal. TIPOS DE FRENOS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 35
  • 36. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 36 Freno de accionamiento hidráulico:  Es de los mas utilizados por su gran eficiencia.  Esta integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotario que gira en sentido de las agujas del reloj.  Al ocurrir el Back spin el plato acciona un mecanismo hidráulico que genera resistencia al movimiento inverso. Dependiendo del diseño del cabezal el mecanismo puede accionarse con juegos de válvula de drenaje, embragues mecánicos, entre otros.
  • 37. • Interferencia. Es una característica que intrínsecamente está asociada a la eficiencia de la bomba en cuanto a su desplazamiento y a su capacidad para transportar los fluidos hasta la superficie es el grado de ajuste o “apriete” entre el elastómero y el rotor • En una PCP se define como la diferencia entre el diámetro del rotor y el diámetro menor de la cavidad del estator, esta garantiza que exista el sello entre las cavidades que permite la acción de bombeo. • Cuando la bomba es sometida a una diferencia de presión entre su succión y su descarga, el fluido trata de romper este sello para regresar a las cavidades anteriores, lo cual se conoce como escurrimiento • Si la interferencia es muy pequeña el sello se rompe fácilmente PRODUCCIÓN II 37 FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DE LA BOMBA.
  • 38. La eficiencia volumétrica se calcula como la relación entre el caudal real de la bomba y su caudal Teórico. A una presión diferencial igual a cero, la eficiencia volumétrica debería ser igual al 100 %, aunque se pueden encontrar diferencias debido a pequeñas diferencias dimensionales del rotor y/o estator. Eficiencia y escurrimiento BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 38
  • 39. Efecto del escurrimiento sobre la eficiencia volumétrica de la bomba. disminución BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 39 Esta es debido al escurrimiento del fluido a través de la línea de sello rotor/estator desde la zona de mayor presión a la de menor. El escurrimiento: Diferencia entre el desplazamiento (caudal) real de la bomba a una determinada presión diferencial y el caudal real inicial a presión cero.
  • 40. • Por ser una función de la presión diferencial, la eficiencia volumétrica y el deslizamiento también dependerán de : 4. La capacidad de elevación de la bomba (presión máxima o numero de etapas) 6. La viscosidad del flujo. 8. Interferencia entre estator y rotor (ajuste) BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 40
  • 41. Eficiencia en función de la capacidad de elevación de la bomba BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 41 Se puede apreciar que a medida que aumenta el numero de etapas de la bomba, el escurrimiento disminuye y la eficiencia aumenta, debido a que cada cavidad soporta menor presión.
  • 42. Esta también contribuye a disminuir el escurrimiento y aumentar la deficiencia volumétrica a medida que su valor es mayor. Eficiencia en función de la viscosidad del fluido BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 42 La eficiencia inicial menor en el caso de fluidos mas viscosos se debe a que el área de flujo transversal afectada adherencia se ve por la del elemento viscoso a las paredes tanto del estator como del rotor.
  • 43. A una presión diferencial dada, el escurrimiento y la eficiencia volumétrica son extremadamente dependientes del ajuste por interferencia entre rotor y estator. Eficiencia en función de la interferencia rotor/estator BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 43 A medida que el fluido se deslice a través de las líneas de sello a una presión diferencial dada, disminuyendo las perdidas por escurrimiento.
  • 44. HISTERESIS •Deformación elastómero cíclica excesiva del •Interferencia entre el rotor y estator alta •Elastómero sometido a alta presión •Alta temperatura/ poca disipación del calor FALLAS EN ELASTOMEROS BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 44
  • 45. ELASTÓMERO QUEMADO POR LA ALTA TEMPERATURA •Cuando la bomba trabaja sin fluido (sin lubricación) por largos periodos de tiempo •La falta de fluido puede deberse a la falta de producción del pozo u obstrucciones de la sección •Se eleva la temperatura y se produce la quema del elastómero BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 45
  • 46. ELASTÓMERO DESPEGADO •Falla en el proceso de fabricación, debido a la falta de pegamento •Puede también combinarse con efectos del fluido producido y las condiciones del pozo BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 46
  • 47. ABRASIÓN •La severidad puede depender de: abrasividad de las partículas, cantidad, velocidad del fluido dentro de la bomba y a través de la sección transversal de la cavidad BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 47
  • 48. Desgaste por abrasión sin afectar el material base Cromado saltado sin afectar el material base Desgaste por abrasión sin afectar el material base y si afectar el cromado en forma total FALLAS EN ROTORES BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 48
  • 49. Desgaste profundo localizado Desgaste metal - metal BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 49
  • 50. 3.Datos del pozo 4.Datos de la bomba 5.Calculo teórico del caudal 6.Cálculo de presión sobre la bomba 7.Cálculo de la potencia consumida 8.Cálculo de torques 9.Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido a la presión sobre la bomba 2. Debido al peso de la varilla 12.Cálculo de las tensiones combinadas 13.Cálculo de estiramiento de la sarta de varillas GUÍA PARA EL DIEÑO DE UN PCP BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 50
  • 51. 3. Cálculo teórico del caudal La sección de la cavidad es generada por : A=4*d*E El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor: V=A*Pe (cm3) El caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación N: Q=V*N C BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 51
  • 52. 4. Cálculo de presión sobre la bomba La presión total sobre la bomba está dada por: •Presión de boca del pozo (Dato) •Presión por fricción P. fricción= Long tubing * factor de pérdida •Presión debido a la columna de liquido a elevar TDH= Pbdp + Pfricción + P nivel BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 52
  • 53. 5. Cálculo de potencia requerida Para el caso de bombas PCP se considera un rendimiento = 0,6 – 0,7 6. Cálculo de torques Torque= K*Hp RPM RPM = Qrequerido C*Efi K – 5252 para torque (lb*ft) 7. Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido al peso de la varilla (F1) F1= longitud *peso de varilla 2. Debido a la presión sobre la bomba (F2) F = F1+F2 BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 53
  • 54. 8. Cálculo de las tensiones combinadas BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 54
  • 55. • Producción de crudo pesado y bitumen (<12° API) con cortes de arena hasta 50 • Producción de crudos medianos (de 12 a 20 ° API) con contenido limitado de H2S • Producción de crudos livianos dulces (> 20 API) con limitaciones en el contenido de aromáticos • Pozos de agua superficial • Pozos productores con altos cortes de agua y temperaturas relativamente altas • Evaluación de nuevas áreas de producción. RANGO DE APLICACIÓN PRODUCCIÓN II 55
  • 56. • Bombas Tubulares. • Bombas tipo Insertable • Bombas de geometría simple • Bombas Multilobulares • Bombas de Alto Caudal • Bombas de gran altura (head). CLASIFICACIÒN PRODUCCIÓN II 56
  • 57. Tubulares • • • El estator y el rotor son elementos totalmente independientes el uno del otro. El estator se baja en el pozo conectado a la tubería de producción Al rotor, este se conecta y se baja al pozo con la sarta de cabillas Insertable Geometría simple • Son aquellas en las cuales el número de lóbulos del rotor es de uno, mientras que el estator es de dos lóbulos (relación 1x2). • • El estator y el rotor son elementos independientes, ambos son ensamblados de manera de ofrecer un conjunto único el cual se baja en el pozo con la sarta de cabillas hasta conectarse en una zapata o niple de asentamiento Multilobulares Ofrecen relaciones 2x3, 3x4, etc . estas bombas ofrecen mayores caudales que sus similares de geometría simple. PRODUCCIÓN II 57
  • 58. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 58 PRODUCCIÓN II