sistemas de levantamiento artificial (1)

8/16/2019 Sistemas de Levantamiento Artificial (1)

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[ BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS

III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

( Conocer los principios f%sicos, el funcionamiento, la instalación en superficie y

fondo.

( Conocer las aplicaciones del sistema.

IV. MARCO TEÓRICO

)as bombas de Cavidades "rogresivas *!C"+ representan un método de

)evantamiento rtificial de crudos pesados, medianos y livianos que ofrece una

amplia versatilidad, alta eficiencia y ba&o costo. )a geometr%a simple de este

tipo de bombas constituidas principalmente por un rotor metálico, que es la

pieza interna conformada por una sola #élice, y un estator elastomérico que es

la parte externa que está constituida por una camisa de acero revestida

internamente por un elastómero *goma+ moldeado en forma de #élice

enfrentadas entre s% que le confieren al sistema tales venta&as.

)as bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal

constante *teóricamente+ aunque se var%e en la presión de descarga de la

misma, lo que representa una de las mayores venta&as de este tipo de bombas.

dicionalmente mediante la tecnolog%a de cavidades progresivas se pueden

bombear fluidos con contenidos de agua.

1. APLICACIONES

Explotación de petróleo pesado o liviano.

"ozos derivados.

Explotación de pozos de gas.

2. DISEÑO Consiste en un engrana&e #elicoidal enroscado extremo simple

*rotor+, el cual rota excéntricamente dentro de un engrana&e #elicoidal

enroscado interno doble *estator+.

3. FUNCIONAMIENTO

-n motor transmite movimiento rotacional a una sarta de cabillas a través de

distintos engrana&es, esta sarta de cabillas #acen girar al rotor, formando

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cavidades progresivas ascendentes. El crudo se desplaza #asta la superficie

por efecto del rotor que gira dentro del estator fi&o.

4. VENTAJAS• ltas eficiencias volumétricas.

• "roduce fluidos mas viscosos.

• Capacidad de bombear arena y gas libre.

• !uena resistencia a la abrasión.

• -tilizacion de motores mas pequeos y por ende menores costos de

levantamiento.

• elativamente silenciosa.

• /enor costo de capital comparado con otros métodos de levantamiento

artificial.

• 0cupa poco espacio en la superficie.

5. DESVENTAJAS

• El elastómero se #inc#a o deteriora en exposición a ciertos fluidos.

• El estator tiende a daarse si la bomba traba&a al vació.

• )a temperatura a la profundidad de la bomba afecta el elastómero.

• 1o opera con eficiencia a grandes extensiones de cabillas necesarias.

• 1o se emplea en crudo livianos.

$e sugiere utilizar las !C" con crudos entre 2 y 34 grados "' y con ba&o

contenido de aromáticos.

6. EQUIPOS

E!"#$% &' S!#'()"*"'

C+,'-+ G"(+/$("$

Este es un equipo de accionamiento mecánico instalado en la superficie

directamente sobre la cabeza de pozo. Consiste en un sistema de

rodamientos o co&inetes que soportan la carga axial del sistema, un sistema

de freno *mecánico o #idráulico+ que puede estar integrado a la estructura

del cabezal o ser un dispositivo externo, y un ensambla&e de instalación que

incluye el sistema de empaque *5stuffing box6+ para evitar la filtración de

fluidos a través de las conexiones de superficie.



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demás, algunos cabezales incluyen un sistema de ca&a reductora

accionado por engrana&es mecánicos o poleas y correas.

S"%/'0+ &' T(+%0"%"

Como sistema de transmisión se conoce el dispositivo utilizado para transferir la energ%a desde la fuente de energ%a primaria *motor eléctrico o de combustión

interna+ #asta el cabezal de rotación. "ara la transmisión de torsión de una

máquina motriz a una máquina conducida, existen al menos tres métodos muy

utilizados7 8ransmisión con engrana&es, correas flexibles de cauc#o reforzado y

cadenas de rodillos. 9ependiendo de la potencia, posición de los e&es, relación

de transmisión, sincrónica, distancia entre e&es y costo: se seleccionará el

método a utilizar. En la mayor%a de las aplicaciones donde es necesario operar

sistemas a velocidades menores a 4;< "/, es usual utilizar cabezales con

ca&a reductora interna *de engrana&e+ con un sistema alternativo de transmisión,

como correas y poleas. Esto se #ace con el fin de no forzar al motor a traba&ar

a muy ba&as "/, lo que traer%a como resultado la falla del mismo acorto plazo

debido a la insuficiente disipación de calor.



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S"%/'0+ &' C$(('+% P$'+%)a relación de transmisión con poleas y correas

debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezal seleccionado y de la

potencia=torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo *a la "C"+.

En el caso de los cabezales sin ca&as reductoras *9irectos+ la relación es

directa y viene determinada por la velocidad del motor y la velocidad requerida

por el sistema.

S"%/'0+% &' F('$

)a segunda función importante del cabezal es la de frenado que requiere el

sistema. Cuando un sistema !C" está en operación, una cantidad significativa

de energ%a se acumula en forma de torsión sobre las varillas. $i el sistema se

para repentinamente, la sarta de varillas de bombeo libera esa energ%a girando

en forma inversa para liberar torsión. dicionalmente, a esta rotación inversa se

le suma la producida debido a la igualación de niveles de fluido en la tuber%a de

producción y el espacio anular, en el momento de la parada. 9urante ese



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proceso de marc#a inversa, se puede alcanzar velocidades de rotación muy

altas. l perder el control de la marc#a inversa, las altas velocidades pueden

causar severos daos al equipo de superficie, desenrosque de la sarta de

varillas y #asta la rotura violenta de la polea el cabezal, pudiendo ocasionar

esta situación daos severos al operador.

F('$ &' +**"$+0"'/$ #$( )("**"

Compuesto tradicionalmente de un sistema de disco y pastillas de fricción,

accionadas #idráulicamente o mecánicamente cuando se e&ecuta el giro a la

inversa. )a mayor%a de estos sistemas son instalados externamente al cuerpo

del cabezal, con el disco acoplado al e&e rotatorio que se a&usta al e&e del

cabezal. Este tipo de freno es utilizado generalmente para potencias

transmitidas menores a >; ?"

F('$ &' +**"$+0"'/$ "&(!"*$

Es muy utilizado debido a su mayor eficiencia de acción. Es un sistema

integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotatorio adaptado al

e&e del cabezal que gira libremente en el sentido de las agu&as del relo&

*operación de una !C"+. l ocurrir la marc#a #acia atrás, el plato acciona un

mecanismo #idráulico que genera resistencia al movimiento inverso, lo que

permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y se disipe la

energ%a acumulada. 9ependiendo del diseo del cabezal, este mecanismo



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#idráulico puede accionarse con &uegos de válvula de drena&e, embragues

mecánicos, etc.

P('%+ E%/$#+

8iene como función principal sellar el espacio entre la barra pulida y la tuber%a

de producción, evitando con ello la filtración y comunicación del área donde es

ubicado el pozo. El diámetro interno de la prensa estopa var%a dependiendo

dela barra pulida.

B+((+ P!"&+ %! G(+#+

Es un tubo sólido de acero inoxidable, se conecta a la sarta de cabillas y es

soportada en la parte superior del cabezal giratorio mediante la instalación de

una grapa.



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)as principales venta&as que proporciona este método de levantamiento

artificial, es que se puede utilizar en la producción de fluidos muy viscosos y

que posee pocas partes móviles por lo que su mantenimiento es relativamente

sencillo. Con respecto a las desventa&as que ofrece este sistema, está el #ec#o

de que el elastómero se puede llegar a deteriorar debido a agentes

contaminantes en el crudo y que no puede ser utilizada a grandes

profundidades por dos razones principales7 ser%a necesario el uso grandes

extensiones de cabillas y las altas temperaturas también pueden daar el

elastómero.

• E!"#$% &' S!,%!'$

T!,'(7+ &' P($&!**"

Es una tuber%a de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal

y la l%nea de flu&o. En caso de #aber instalado un ancla de torsión, la

columna se arma con torsión óptimo "', correspondiente a su diámetro. $i

existiera arena, aún con ancla de torsión, se debe a&ustar con la torsión



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máxima "', de este modo en caso de quedar el ancla atrapada, existen

más posibilidades de librarla, lo que se realiza girando la columna #acia la

izquierda. $i no #ay ancla de torsión, se debe a&ustar también con el

máximo "', para prevenir el desenrosque de la tuber%a de producción.

S+(/+ &' V+("+%

Es un con&unto de varillas unidas entre s% por medio decuplas formando

la mencionada sarta, se introduce en el pozo y de esta forma se #ace

parte integral del sistema de bombeo de cavidad progresiva. )a sarta

está situada desde la bomba #asta la superficie. )os diámetros máximos

utilizados están limitados por el diámetro interior de la tuber%a de

producción, utilizándose diámetros reducidos y en consecuencia cuplas

reducidas, de manera, de no raspar con el tubing.



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E%/+/$(

-sualmente está conectado a la tuber%a de producción: es una #élice

doble interna y moldeado a precisión, #ec#o de un elastómero sintético

el cual está ad#erido dentro de un tubo de acero. En el estator se

encuentra una barra #orizontal en la parte inferior del tubo que sirve para

sostener el rotor y a la vez es el punto de partida para el espaciamiento

del mismo.

E+%/0'($

Es una goma en forma de espiral y está ad#erida a un tubo de acero el

cual forma el estator. El elastómero es un material que puede ser

estirado varias veces su longitud original teniendo la capacidad de



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recobrar rápidamente sus dimensiones una vez que la fuerza es

removida.

R$/$(

$uspendido y girado por las varillas, es la única pieza que se mueve en

la bomba. Este consiste en una #élice externa con un área de sección

transversal redondeada, tornada a precisión #ec#a de acero al cromo

para darle mayor resistencia contra la abrasión. 8iene como función

principal bombear el fluido girando de modo excéntrico dentro del

estator, creando cavidades que progresan en forma ascendente.

Estando el estator y el rotor al mismo nivel, sus extremos inferiores del

rotor, sobresale del elastómero aproximadamente unos @A< mm a ;3<

mm, este dato permite verificar en muc#os casos si el espaciamiento fue

bien realizado. En caso de presencia de arena, aunque sea escasa, esta

de&a muc#as veces marcada la #élice del rotor. 9e este modo, al retirar

el rotor por cualquier motivo, se puede observar en qué punto estuvo

traba&ando dentro del estator, partiendo del extremo superior del rotor.



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C'/(+"-+&$(

"uede ser un componente adicional, sin embargo, tiene mayor uso en

especial para proteger las partes del sistema. El tipo de centralizadores

es el Bno soldadoB. Empleado en la tuber%a con el propósito de minimizar

el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la bomba dentro de la

tuber%a de producción.

N"#' I/'(0'&"$ $ N"#' E%#+*"+&$(

$u 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



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a la última varilla, cuando el diámetro de la tuber%a de producción no lo

permite. En este caso es imprescindible su instalación.

N"#' &' P+($

Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior del

estator. $u función es7

( ?acer de 8ope al rotor en el momento del espaciamiento, para

que el rotor tenga el espacio suficiente para traba&ar

correctamente.( $ervir de pulmón al estiramiento de las varillas, con la unidad

funcionando.( Como succión de la bomba.

)os más usuales son los de rosca doble, con una rosca #embra en su

extremo superior, que va roscada al estator y una rosca mac#o de la

misma medida en su extremo inferior, para permitir instalar deba&o el

ancla detorsión o cualquier otro elemento. la vez el centro de la misma

#ace de tope con el rotor, durante el espaciamiento.



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T($-$ &' M+"$,(+

Es muy importante instalar un trozo de esta medida inmediatamente por

encima del rotor, en lugar de una varilla, cuando gira a velocidades

superiores a las 3;< "/. Cuando se instala una varilla, debido a su

largo y al movimiento excéntrico del rotor que se transmite directamente

a ella, tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la última tuber%a

de producción. El trozo de maniobra, al ser de menos de la mitad del

largo de la varilla, se dobla menos o no se dobla, dependiendo de su

diámetro.

A*+ &' T$(%"

l girar la sarta en el sentido de las agu&as del relo&, o #acia la derec#a

*vista desde arriba+ se realiza la acción de girar la columna también

#acia la derec#a, es decir #acia el sentido de desenrosque de los caos.

esto se suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas

armónicas ocasionadas por el giro de la #élice del rotor dentro del

estator, vibraciones que son tanto mayores cuanto más profunda es la

instalación de la bomba. )a combinación de ambos efectos puede

producir el desprendimiento de la tuber%a de producción, el ancla de

torsión evita este problema. Cuanto más la columna tiende al

desenrosque, más se a&usta el ancla. 9ebe ir siempre instalada deba&o

del estator.



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Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsión es mayor, no

siempre es necesaria su instalación, ya que en bombas de menor caudal

aba&as velocidades y ba&as profundidades no se tienen torques

importantes y no se producen grandes vibraciones. 1o obstante, es

recomendable en todos los casos.

N"#' A%"'/$

Es una pequea unión sustituta que se corre en la sarta de producción.

"ermite fi&ar la instalación a la profundidad deseada y realizar una

prueba de #ermeticidad de caer%a. En bombas insertables el

mecanismo de ancla&e es mediante un mandril a copas que permite

utilizar el mismo niple de asiento que una bomba mecánica, evitando en

un futuro el movimiento de instalación de tuber%a de producción al

momento de cambiar el sistema de extracción.



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M+&(" + C$#+%

"ermite fi&ar la instalación en el niple de asiento y produce la

#ermeticidad entre la instalación de tuber%a de producción y el resto del

pozo. El término mandril tiene muc#os significados. "uede referirse al

cuerpo principal de una #erramienta o un e&e. dicionalmente, partes de

la #erramienta podr%an estar conectadas, arregladas o enca&adas

adentro. 8ambién puede ser varillas de operación en una #erramienta.

8+#+/$ P($,+&$( &' '(0'/"*"&+&

En caso de ser instalado *altamente recomendado+, se debe colocar

siempre arriba del niple intermedio. "ara poder probar toda la caer%a y

además como su diámetro interno es menor que el de la tuber%a de

producción no permite el paso de centralizadores a través de él. "ara

algunas medidas de bomba, no se puede utilizar, porque el pasa&e

interior del mismo es inferior al diámetro del rotor impidiendo su paso en

la ba&ada. )a interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello

para probar la #ermeticidad, aunque siempre existe escurrimiento, tanto

mayor, cuanto mayor sea la presión total resultante sobre la bomba. )a

suma de la presión de prueba más la altura de la columna debe ser tal

que no supere la altura manométrica de la bomba para evitar daarla.C+9$ F"/($



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$e utiliza para evitar, *en el caso de rotura de estator con

desprendimiento de elastómero+, trozos de tamao regular del mismo,

pueden estar dentro del espacio anular. -na vez cambiada la instalación

de fondo, estos pedazos de elastómero podrán ser recuperados con

equipo especial y no permanecerán en el pozo donde se corre el peligro

que sean succionados nuevamente por la bomba.

V. CONCLUSIONES

• )as venta&as que presenta el !C" lo convierte en un sistema confiable

en la producción de petróleos pesados.

• Comparándola con las otras formas de levantamiento artificial ésta es

una de las tecnolog%as más eficientes en la producción de petróleos con

altas viscosidades que se encuentran en pozos con condiciones de

operación dif%ciles ya que fue diseado para traba&ar en condiciones

extremas.

VI. BIBLIOGRAFÍA

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