bombeo mecanico alternativo

8/20/2019 Bombeo Mecanico Alternativo

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II - PRINCIPALES COMPONENTES DEL SISTEMA

II - 1) CABEZAS COLGADORAS

Este accesorio forma parte de la boca de pozo y se lo utiliza para suspender(colgar) tanto a la cañería de aislación (casing) como a la cañería de producción(tubing). Estas “colgadoras” pueden ser vinculadas a la cañería en forma roscadao soldada al casing.


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Bombeo Mecánico AlternativoMaterial preparado para Repsol-YPF Anexo del Capitulo I

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Existen distintos tipos de “Cabezas colgadoras”: describiremos los dostipos de mayor uso:

1. Cameron Tipo WF (actualmente utilizada con el Adaptador Cameron QD).

2. Norris Hw, Sauco y Danco, las dos últimas de fabricación nacional de igualdiseño que la Norris en sus dos modelos, simple y con goma escurridora.

Cameron Tipo WF - Adaptador Cameron QD.

La cabeza colgadora Cameron WF está constituida originalmente por lossiguientes elementos: el cuerpo con sus dos conexiones laterales y bridas (la

superior de 6" y la inferior de 10"), un anillo de sello metálico tipo R 45, el colgadorde tubing tipo FB-A con dos anillos empaquetadores de goma, la brida tapa (1) de6" con conexión roscada de 2-7/8" o la brida tapa (2) para el caso de pozossurgentes, la que se enrosca directamente en el tubing, eliminándose el colgador.

Como se indicó más arriba, la cabeza Cameron original se utilizaactualmente con el adaptador Cameron QD, que reemplaza al colgador originaltipo FB-A y la brida tapa superior.


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Norris Tipo HW, Sauco y Danco.

Se muestran los dos modelos, tipo simple y con goma escurridora, con ladescripción de sus partes componentes.


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II – 2) CAÑOS DE BOMBEO (TUBING)

Los caños de bombeo para producción de petróleo cumplen variasfunciones dentro del pozo, como por ejemplo:

• Conducir los fluidos desde el interior del pozo hasta la superficie.• Permitir salir por el entre caños al gas contenido dentro del pozo, de manera

que no lo procese la bomba.• Permitir la detección de niveles por intermedio del sonolog.• Favorecer las maniobras de pescas.• Proteger al casing del roce de las varillas de bombeo.

Se disponen de los siguientes grados: J-55; C-75; N-80; P-105; P-110. Losextremos pueden tener un recalque exterior o no. La rosca es redonda, de ochofiletes por pulgada (8RT).

Identificación del tubing

Un tubing se identifica con la siguiente expresión:

2 7/8 J 55 EUE 6,5# 8 RT

cuyos términos significan:

• 2 7/8” es el diámetro nominal. El diámetro exterior permanece constante y eldiámetro interior varía en función del Schedule, (o del espesor de la pared) loque se identifica al conocer el peso por metro del caño.

•••• J 55 identifica el grado del acero y la resistencia a la tracción. En este caso, elnúmero 55 significa que la resistencia de este material es de 55.000 PSI. Otrasdenominaciones son C75; N80; P105.

•••• EUE se refiere al extremo del tubo, en este caso se entiende que tienerecalque exterior.

•••• 6,5 # expresa el peso del caño, en libras por pie de longitud.

• 8 RT se refiere al tipo de rosca y cantidad de filetes.


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Dimensiones y capacidades de tubing

Los fabricantes de tubos de bombeo facilitan tablas donde indican lasdimensiones físicas y otras especificaciones de la construcción de los mismos. Lostubos en uso en los yacimientos son de 2 3/8", 2 7/8" y 3 1/2" de diámetronominal.

TUBING - TABLA DE DIMENSIONES GENERALES

DIÁMETRO GRADO DIÁMETRO ESPESOR PESO ÁREA DIÁMETRO

EXTERIOR DEL ACERO INTERIOR CON CUPLA TRANSVERSAL EXT. CUPLA

PULGADAS PULGADAS PULGADAS LB/PIE PULG2 PULGADAS

(MILÍMETROS) (MILÍMETROS) (MILÍMETROS) (Kg/metro) (CM2) (MILÍMETROS)

2 7/8 J55 / N80 2,441 0,217 6,5 1,81 3,668

73 62 5,51 9,68 11,7 93,2

3 1/2 J55 2,992 0,254 9,3 2,59 4,5

88,9 76 6,45 13,8 16,7 114,3

A fin de ilustrar el efecto de estiramiento y acortamiento del tubing dentro delpozo, debido a las características del bombeo mecánico alternativo, observar laFigura.


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II – 3) ANCLAS

Un ancla es una herramienta que evita el movimiento del tubing dentro delpozo, pues lo vincula al casing manteniéndolo fijo, en permanente tracción eimpidiendo su movimiento. En muchos casos el uso de un ancla reduceeficazmente los costos operativos al disminuir o eliminar el excesivo desgaste delas varillas de bombeo, de los tubings y del casing.

Las descripciones de la herramienta se hará en base al ancla tipo Catcher,por ser el más utilizado en las operaciones.

El uso de esta herramienta, que sin dudas mejora el funcionamiento de todoel sistema , está generalmente aconsejada para profundidades superiores a 1200

metros, considerando solamente el efecto de la carga del fluido; pero existencondiciones de petróleos muy viscosos o pozos de alta temperatura en donde esmuy conveniente anclar la columna de caños por arriba de esta profundidad.

Descripción del ancla

Tienen una cuñas en dos direcciones que se ajustan contra las paredes delcasing para evitar los movimientos verticales en ambos sentidos. En caso derotura de tubing, con esta herramienta se impide el desplazamiento del resto de lacolumna hacia el fondo del pozo.

Cuentan con unos flejes o centralizadores que tienen por objeto impedir quegire el cono en las operaciones de fijar y librar el ancla. Existe un modelo de anclaque en lugar de flejes, tiene unos bloques de arrastre que también tienen lafunción de guiar la herramienta y hacer de contra para impedir que gire el cono.

En caso de emergencia se puede librar un ancla aplicando tensión por arribadel peso de la cañería, lo que permite romper unos pernos o pines de corte,llamados de seguridad, que al ser cortados libran las cuñas y se pierde el efectode agarre. La fuerza a aplicar será sumatoria de las resistencias de los pernosmás el peso existente en ese momento.


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II - 4) BOMBAS DE PROFUNDIDAD

Existen en el mercado diferentes diseños de bombas de profundidad, quehan sido ideadas para cubrir todas las necesidades de los yacimientos.

Las partes componentes mas importantes son las siguientes: el barril, elpistón, la válvula de pie (standing valve), la válvula viajera (travelling valve) y losaccesorios: jaula de válvulas, adaptador del pistón, vástago con conectoresespeciales en ambos extremos, guía del vástago (rod guide), cupla del vástago(rod coupling), etc.


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Funcionamiento de la bomba insertable

Es posible distinguir en el funcionamiento de una bomba de profundidad, dosáreas bien definidas, una de baja presión o zona de succión por debajo del pistóny otra de alta presión o zona de impulsión, ubicada por encima del pistón. Laestanqueidad entre ambas zonas es dada por el ajuste del pistón a la camisa (luz)y el cierre de la válvula móvil.

El efecto de bombeo se produce cuando el pistón es elevado por el vástagoiniciando la carrera ascendente, se cierra la válvula móvil y el fluido, que está porarriba de esta válvula, es desplazado hacia la superficie. Al mismo tiempo, durante


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esta carrera ascendente, se produce una disminución de la presión que actúasobre la válvula fija, ya que la carga hidrostática del fluido es soportada ahora por

la válvula móvil.Esta zona de baja presión que se genera por la transferencia del peso del

fluido de la válvula fija a la móvil, es aprovechada por el fluido exterior al tubingpara provocar la apertura de la válvula fija levantando la bola e ingresando albarril.

Cuando el pistón baja, se encuentra con el líquido que está ocupando ellugar entre las dos válvulas y, dado que los líquidos son incompresibles, seincrementa la presión por debajo de la válvula móvil hasta ser mayor que la cargade toda la columna de fluido. Esta situación hace que se levante la bola y abra laválvula móvil, ingrese el pistón en el líquido para ocupar la parte inferior del mismo

y se cierre la válvula de pié por efecto de recibir toda la carga de la columnahidrostática. Al llegar al extremo de esta carrera descendente, se invierte elmovimiento y comienza otro ciclo de bombeo.

En la carrera ascendente el peso del fluido actúa sobre la válvula viajera y enconsecuencia sobre las varillas; y en la carrera descendente el peso del fluidoactúa sobre la válvula de pie. Como la bomba está asentada en el tubing, la cargadel fluido se transmite al mismo. Por lo tanto, en la carrera ascendente las varillasse alargan (deformación elástica) y vuelven a su longitud inicial en la descendente.El tubing se alarga en la carrera descendente y vuelve a su longitud inicial en laascendente.

Dichos movimientos pueden ocasionar desgastes en el casing, cuplas deltubing y de las varillas, por lo que es conveniente utilizar un ancla para evitar elmovimiento del tubing.


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Un tipo de bomba es la llamada “insertable”, que como su denominación loindica, son aquellas que se insertan en un niple asiento (zapato) y se bajan

totalmente armadas por dentro de los tubing. Otras, como las bomba TH o detubing, la válvula de pie y la camisa o barril de la bomba se bajan roscada alprimer caño y luego se baja el pistón con las barras de bombeo.


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Anclaje de la bomba

Respecto al anclaje mediante el cual la bomba de profundidad queda fijada altubing de producción, podemos mencionar que existen fundamentalmente dostipos distintos, que se pueden usar solos o combinados entre si. Son: el asiento acopas y el mecánico.

El asiento a copas, tiene un mandril (roscado a la bomba) con alojamientopara tres anillos de plástico (copas). Este conjunto se coloca en la parte superior oen la parte inferior de la bomba. Cuando se baja al pozo, el mandril se introduceal niple de asiento formando un sello por fricción que mantiene a la bombafirmemente ajustada al tubing.

El asiento mecánico, que siempre se colocan en la parte inferior de la bombade profundidad, hace tope con un anillo de cobre, de modo que el sello lo realizacontra el acero del niple por la diferencia de dureza de ambos materiales.

Transporte y manipulación de bombas

En el taller de bombas se debe acondicionar la misma para su almacenajey/o transporte, cerrando los extremos de tal manera que se impida el ingreso decuerpos externos como arena, tierra etc. y el vástago debe ser fijado con el pistóntotalmente dentro de la bomba.

Las bombas hasta 16' de largo se deben transportar por lo menos con trespuntos de apoyo blandos y para medidas mayores será necesario el uso de unacureña o camión.

La descarga de la bomba en el pozo se hará con mucho cuidado y se ubicarásobre soportes de madera u otro material blando, apoyada por lo menos en trespuntos.

No debe ser levantada o bajada con el vástago fuera del barril y nunca usarllaves Stillson para desarmar o armar alguna parte.


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Denominación API

DESIGNACIONTipo de Bomba Barril depared gruesa

Barrilcon liner

Barril depared fina

Bombas insertables:Barril fijo asiento superior RHA RLA RWABarril fijo asiento inferior RHB RLB RWBBarril móvil asiento inferior RHT RLT RWT

Bomba de tubing TH TL -

xx xxx x x x x x x xLongitud de extensiones del barril

(pies) Longitud de pistón (pies)Longitud de barril (pies)

Tipo de Asiento:

C : asiento de copasM : asiento mecánicoUbicación asiento :

A : asiento superiorB : asiento inferiorT : asiento inferior barril móvilTipo de barril:

H : pared gruesa

L : con linerW: pared finaTipo de bomba:

R : insertableT : tubing pumpDiámetro de pistón :

125 1-1/4"150 1-1/2"175 1-3/4"200 2"225 2-1/4"275 2-3/4"Diámetro de tubing:

20 2-3/8" OD25 2-7/8" OD30 3-1/2" OD


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II – 5) BARRAS DE BOMBEO

Es el elemento que permite transmitir desde la superficie el movimientonecesario para que funcione la bomba en profundidad. Se trata simplemente deuna barra o varilla maciza de acero, con rosca en los extremos, que conecta launidad de bombeo en superficie con la bomba de profundidad, transmitiéndole elmovimiento vertical alternativo.Es muy importante manipular adecuadamente en todo momento las barras debombeo, porque si bien el costo unitario de una barra que se pueda dañar oromper no es importante en relación al sistema de bombeo, pero sí es muyelevado el costo total para reemplazar esa varilla y la pérdida de producción.

Las varillas de bombeo se fabrican a partir de barras de acero de alta

calidad en diámetros que van desde 1/2 pulgada hasta 1-1/8 pulgada y largos de25 pies y 30 pies. Durante su manufactura todas las varillas son inspeccionadasen un 100 % de su superficie en forma automática por equipos de control nodestructivo.


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Especificaciones

Existen numerosas tablas en uso donde se pueden encontrar lasespecificaciones de la norma API 11 B referida a la composición química yresistencia de los materiales que componen las barras y los trozos.

Respecto a los grados de acero se encuentran varillas en grado C, D, K, yde alta resistencia.

• La varilla grado C está diseñada para utilizarla con cargas bajas y medianasen pozos cuyos fluidos no sean muy corrosivos.

• La varilla grado D esta diseñada para altas cargas, pero en pozos no

corrosivos. Es de un acero 4142 normalizado y revenido.• La varilla grado K no soporta altas cargas, pero sí está preparada para

trabajar en medios corrosivos. Existe un diseño dentro del grado K, dealeación especial, que permite ser utilizada con altas cargas manteniendouna alta resistencia a la corrosión.

• La varilla conocida como de alta resistencia posee una gran durezasuperficial que mejora la resistencia mecánica en pozos no corrosivos.

Recomendaciones para el manipuleo de la varillas• Para el transporte de las barras hacia el pozo, lo mejor es hacerlo en los

cajones, y si es necesario apilar unos sobre otros tener la precaución que sehaga sobre los apoyos que tienen especialmente los cajones.

• Cuando se transportan fuera de los cajones, cuidar que los camiones esténprovistos en sus cajas playas de los apoyos transversales necesarios.

• Entre camadas, colocar soportes de un espesor tal que impidan el contactoentre pines o cuplas. Estos apoyos deben estar alineados verticalmente entresi.

• Nunca debe transportarse en camioneta, aunque sea una sola varilla.

• Las barras deben ser sacadas de los cajones de a una y tomadas por lo menosde dos puntos ubicados a 1/3 del extremo.

• En el pozo no deben colocarse sobre el terreno, sino sobre caballetes.• Deben tener siempre los protectores de roscas en ambos extremos.• Se debe asegurar que el gancho y las herramientas utilizadas en los equipos

de pulling, sean las indicadas para cada diámetro y para cada tarea y esténlimpias y en buenas condiciones.


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• El pin de la varilla no deberá tener filetes con flancos desparejos o partesfaltantes o fisuras.

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Poner especial atención en el posicionamiento y verticalidad del gancho delequipo de pulling, para evitar roscados cruzados.• Los espejos no deberán tener material arrancado ni presentar golpes o

marcas.• El cuerpo de la varilla no deberá tener marcas ni superposición de material,

deberá estar razonablemente derecha (se las hará girar sobre cinco apoyospara verificar).

• Los filetes de las roscas deberán tener flancos lisos sin marcas de arrastre ofiletes con poca altura.

• En el momento en que se están bajando al pozo, limpiar perfectamente los pin

y las cuplas. Lubricar solamente el pin (no la cupla) con un aceite livianomezclado con inhibidor de corrosión, o no lubricar.

II – 6) APARATO INDIVIDUAL DE BOMBEO (AIB)

Estos equipos son los encargados de transmitir a la bomba de profundidad elmovimiento alternativo que requiere para producir el bombeo de los fluidos.

En un extremo de esta viga balancín se encuentra la que se denominacabeza de mula, de donde mediante un cable (estrobo) se suspende un vástagoque permanece vinculado a la bomba de profundidad a través de las varillas de

bombeo. Esta sarta de varillas es en definitiva, quien le hace llegar a la bomba elmovimiento rectilíneo alternativo necesario para desarrollar el efecto de bombear.

Además de transferir el movimiento, estos APARATOS INDIVIDUALES DEBOMBEO están diseñados para soportar los esfuerzos que se originan por losefectos de bombeo.

Los equipos de bombeo tienen muchas posibilidades de modificar surégimen de operación de manera de entregar a la bomba de profundidaddiferentes velocidades de bombeo (GPM) y diferentes recorridos a lo largo de sumovimiento alternativo (Carrera). Tal es así que existen en la industria gran

variedad, desde recorridos de 22 pulgadas hasta 300 pulgadas y de diferentesgeometrías, que evolucionaron en la búsqueda de minimizar los esfuerzos yobtener mayores rendimientos y eficiencias operativas.

Debido a la característica de las cargas que solicitan al AIB y a la variacióndel valor de torque con se exige al eje del reductor, se hace necesario dotar alequipo de un sistema de contrapesado a fin de reducir el valor máximo depotencia necesaria en el motor en la carrera ascendente e impedir ser arrastradoen la carrera descendente. Estos contrapesos actúan en sentido contrario al de la


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carga, ayudan a levantarla en la carrera ascendente y ayudan a sostenerla en lacarrera descendente.

Además, el objeto de los contrapesos es lograr que el motor trabajeequilibrado, o sea que realice el mismo esfuerzo máximo tanto en la carreraascendente como en la descendente; por eso deben ser regulables, de manera depoder modificar el efecto de contrapesado según las condiciones de operaciónpresentes.

Diferentes tipos de AIB

En general hay tres tipos básicos de unidades de bombeo a balancín, las quese diferencian por su geometría y clase de contrapeso:

• unidad convencional (Figura)• unidad balanceada a aire (Figura)• unidad de geometría especial (Mark II) (Figura)

La unidad convencional basa su geometría en un sistema de palanca declase I con punto de apoyo en el medio de la viga balancín y, emplea contrapesosmecánicos.


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La unidad balanceada a aire utiliza un sistema de palanca de clase III conpunto de apoyo en el extremo del balancín y es de empuje ascendente simétrico.

La unidad de geometría especial (Mark II) utiliza un sistema de palanca declase III, de empuje ascendente asimétrico y contrapeso mecánico.

Designaciones API de las unidades - Especificaciones.

La designación API de las unidades de bombeo comprende tres factoresprincipales en el siguiente orden: torque máximo del reductor (en miles delibras-pulgadas), capacidad estructural (en cientos de libras) y carrera máxima (enpulgadas).


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La designación convencional de los equipos, sugeridos por API, se muestraen el siguiente ejemplo:

C - 228 - D - 246 - 74

• La primer letra ( C ), indica el tipo de contrapeso, el que puede ser;

A = Contrapesado por aireB = Contrapeso en la vigaC = Contrapeso centrífugo en la manivelaCB = Combinación de ambosM = Sistema unitorque ( Mark II ).

• Los siguientes tres números, indican la capacidad de torque máximo de lacaja reductora, expresado en miles de libras-pulgada (en este ejemplo,228 = 228.000 libras-pulgadas de torque máximo)

• La siguiente letra indica el tipo de reducción, referido al tren deengranajes de la caja reductora. (En este ejemplo sería, D = doblereducción). Las diferentes posibilidades son:

D = Caja de doble reducción.S = Caja de reducción simple

T = Caja de reducción triple• Los siguientes tres números indican el máximo de carga estructural

permitida, expresada en cientos de libras ( en este ejemplo sería, 246 =24.600 libras)

• Los siguientes dos números expresan el valor, en pulgadas, de lacarrera máxima. ( en este ejemplo sería, 74 = 74 pulgadas)

Para especificar en forma más completa un aparato individual de bombeo, sedebería indicar la relación de transmisión del reductor; diámetros de los ejes;

diámetro y sección de poleas; tipos de engranajes; tipos de contrapesosdisponibles; especificación del aceite lubricante etc.

Con respecto al sentido de giro de la manivela es importante tener encuenta que la unidad Mark II debe funcionar en sentido contrario al de las agujasdel reloj (vista la unidad desde un lado y con la cabeza del pozo a la derecha delobservador. Las unidades convencionales y balanceadas a aire pueden funcionaren ambos sentidos (salvo indicación expresa del fabricante).


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Torque en el reductor.

Cuando se menciona el torque sabemos que se trata del producto de unafuerza por un brazo de palanca; en las unidades de bombeo el torquenormalmente se expresa en libras-pulgadas.

El torque máximo es el torque con que se puede hacer trabajar el reductor dela unidad sin peligro de roturas en el mismo. Al igual que la carga estructuralmáxima y la carrera máxima, el torque máximo del reductor está especificado porlas normas API en base a las cuales las unidades se fabrican en distintascapacidades de torque: 6400 Lbs pulg. a 3.648.000 Lbs pulg. (API STD 11 ETabla 2-2, Sup. 2, Marzo, 1981).

La geometría de la unidad de bombeo también influye en el valor pico del

torque y en convertir las irregularidades y diferentes cargas sobre el vástago enuna carga torsional relativamente suave sobre el eje del reductor.

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