TEMA+3+BOMBEO+MECÁNICO_14+OCT+2010.pdf
-
Upload
rocio-perez-callejas -
Category
Documents
-
view
118 -
download
4
Transcript of TEMA+3+BOMBEO+MECÁNICO_14+OCT+2010.pdf
Bombeo Mecánico Reciprocante
OCTUBRE 2010
FACTORES PARA ELEGIR UN SAP
Propiedades de los fluidos
Estado mecánico del pozo
Pruebas de producción
Aforos y/o condiciones de operación
Registros de presión/temperatura
Disponibilidad de la fuente de energía
FACTORES PARA ELEGIR UN SAP
Existen diferentes sistemasartificiales entre ellos el bombeomecánico reciprocante.
Su función es extraer fluidosmediante un movimiento ascendente-descendente, que se transmite pormedio de la sarta de varillas a labomba colocada dentro de la TP enel fondo, cerca del yacimiento.
Los fluidos que se acumulan en la TRllegan a la superficie a través de laTP.
Varillas de
succión
Cabeza
l
Bomba
subsuperficial
UBM
Bombeo Mecánico Reciprocante
Varillas de
succión
Cabezal
Bomba
subsuperficial
UBM
Unidad de Bombeo Superficial.
Motor y Reductor de engranes.
Cabezal y Conexiones Superficiales.
Sarta de Varillas.
Bomba Reciprocante.
Componentes Principales
Un bajo índice de productividad.
Que no haya producción de arena, si la hay que sea muy baja.
Que exista una presión de fondo fluyendo suficiente para que losfluidos alcancen un nivel estático en el pozo.
Que no haya depósito de parafinas.
Que la Pwf > Pb a la profundidad de colocación de la bomba.
APLICACIÓN
SUPERFICIAL
Motor
Reductor de engranes
Unidad de bombeo superficial
Cabezal y conexiones superficiales
SUBSUPERFICIAL
Bomba
Sarta de varillas
EQUIPO
MOTOR ELÉCTRICO
Bajo costo inicial.
Menor costo de mantenimiento
Facilidad para ajuste en un sistema de automatización
MOTOR DE COMBUSTIÓN
Control de velocidad más flexible.
Menor costo de combustible.
Tipo de Motores
Función: Reducir la velocidad del motor principal a una velocidad debombeo adecuada.
Su flecha esta sujeta a una torsión máxima (Selección de equipo)
La unidad de bombeo superficial recibe la potencia del motorprincipal a través de bandas.
Reductor de Engranes
TORSION: Deformación de un cuerpo sólido, que es producida cuando parte de la tubería
gira en una dirección y la otra parte permanece estática o gira en la otra dirección
FUNCIONES:
Transfiere la energía del motorprincipal a la sarta de varillas.
Convierte el movimientorotatorio del motor a unoreciprocante u oscilatorio.
Reduce la velocidad del motor auna velocidad adecuada debombeo
Mantiene la verticalidad de lavarilla pulida.
Unidad de Bombeo Superficial
Para mover la bomba de fondo se utilizan las UBM’s, su función es convertir el movimiento rotativo de un motor en un movimiento reciprocante.
Existen diferentes tipos de unidades de BM, entre otras : la de balancín (BIMBA), la Hidroneumática de bombeo reciprocante (TIEBEN) y la de carrera larga (ROTAFLEX).
En una Bimba el motor mediante el reductor de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín.
En una UBH el motor mueve una bomba hidráulica para que mediante el sistema hidráulico se muevan en forma reciprocanteunos cilindros (gatos hidráulicos)
Unidades de Bombeo Mecánico Superficial
El BM de carrera larga se aplica a pozos de alta capacidad de producción o profundos, emplea undiseño completamente mecánico con una cadena.
El peso de la sarta de varillas, la bomba yde la columna de fluidos desequilibran lafuerza necesaria para el movimientoreciprocante, es decir, se requiere muchafuerza para levantar el aparejo, y solo lagravedad para bajar.
Para disminuir este esfuerzo, el peso delaparejo se equilibra o balancea con masasde acero (contrapesos), en el caso de labimba y en el caso de la UBH con la fuerzaque proporciona el nitrógeno a presión.
Una vez balanceado, solo es necesaria pocafuerza para subir y bajar la bomba en elfondo, esto reduce por mucho el consumode energía necesaria, de ahí la importanciade un buen balanceo.
Unidades de Bombeo Mecánico
En el cabezal del pozo seutilizan válvulas para elcontrol y manejo de losfluidos, así comoaccesorios para laoperación del equipo debombeo mecánico y elaparejo de producción.
Cabezal y Conexiones Superficiales
- CLASE I Unidad Convencional
- CLASE III Aerobalanceada y MARK II
Geometría de las Unidades (BIMBA)
VENTAJAS
Tiene bajo costo demantenimiento
Costos menores que otro tipo de unidades.
Es usualmente mejor convarillas de fibra de vidrio.
Puede girar en el sentido de lasmanecillas del reloj y contrario.
Puede bombear más rápido quela Mark II sin problemas.
Requiere menos contrabalanceo que la Mark II.
DESVENTAJAS
En muchas aplicaciones, no estan eficiente como la Mark II.
Puede requerir una caja develocidades mayor que otrotipo de unidades(especialmente con varillas deacero).
Unidad Convencional
Compensador
Cable Colgador
Guarda Bandas
(Tolva)
Contra Peso
Reductor de Engranes
Freno
Muñón
Brazo Pitman
(Bielas)
Patín
Escalera
Poste Sampson
Motor Principal
Cable del Freno
Palanca delFreno
Balancín
Cabeza deCaballo
Manivela
Cojinete Central
Barra Portadora
o elevador
Varilla Pulida
Fig. 28 Unidad de Bombeo Mecánico Convencional
VENTAJAS
Tiene bajo torque en muchoscasos (con varillas de acero).
Puede bajar costo (5 a 10 %)comparada con el siguientetamaño de la unidadconvencional.
DESVENTAJAS
En muchas aplicaciones, nopuede bombear tan rápidocomo la Convencional, porquepuede causar problemas defallas en las varillas.
Puede girar solamente ensentido contrario a lasmanecillas del reloj.
Puede causar más daño a lasvarillas y bomba en caso defluido pesado.
Puede someter a la sarta devarillas en el fondo del pozo asevera compresión que puedecausar fallas por pandeo.
Unidad Mark II
VENTAJAS
Es más compacta y más fácilpara balancear que otrasunidades.
Los costos de transportaciónson menores que otrasunidades.
Puede girar en el sentido delas manecillas del reloj osentido contrario.
DESVENTAJAS
Es más complicada y requieremayor mantenimiento(compresor de aire, cilindro deaire).
La condensación de agua en elcilindro puede causarproblemas.
La caja de velocidades puedeser dañada si el cilindro pierdepresión de aire.
Unidad Aerobalanceada
TAREA 13- Resumen artículo
Effects of Subsurface Pump Size and Setting Depth on
Performance of Sucker Rod Artificial Lift-A Simulation
Approach.
SPE 120681
April 2009
EQUIPO No. 1 – 5 Octubre 2010
API ha desarrollado un método estándar para identificar y describir lasunidades de bombeo. Por ejemplo, para la unidad C - 320D-256- 100
TIPO DE UNIDAD:C CONVENCIONAL M MARK IIA AEROBALANCEADA
TORSIÓN MÁXIMA QUEPUEDE TOLERAR LA FLECHADEL REDUCTOR DEENGRANES EXPRESADAEN 10³ (pg.lb)
LA LETRA D INDICAQUE TIENE UNDOBLE REDUCTORDE ENGRANES.
CARGA MÁXIMAQUE SOPORTA LAVARILLA PULIDAEXPRESADA EN10² (lb).
MÁXIMALONGITUD DECARRERA DE LAVARILLA PULIDAEXPRESADA (pg)
Designación de Unidades (BIMBA)
Es el eslabón entre la sarta de varillas de succión y el equipo superficial.
En un momento del ciclo las cargas que soporta son:
Peso del fluido
Peso de las varillas
Cargas de aceleración
Carga por vibración
Fuerza de flotación
Fuerzas de fricción
Varilla Pulida
Función
Reducir la torsión en el reductorde engranes.
Reducir el tamaño del motorprincipal (hp´s).
El efecto de contrabalanceopuede obtenerse colocandocontrapesos en el balancín, bielao manivela.
El contrapeso tiene un pesoaproximadamente igual al pesode las varillas (Wr) más lamitad del peso del fluido (Wf).
Contrabalanceos de la Unidad
Unidad de bombeo con y sin contrabalanceo. Se desprecian las fuerzasde flotación, inercia y dinámicas. Wr = 10,000 lbs. y Wf = 4,000 lbs.
UNIDAD SIN
CONTRABALANCEO
UNIDAD CON
CONTRABALANCEO
Carrera ascendente
(Wr+Wf) – 0 = 14000 lbs.
Carrera descendente
(-Wr+ 0 ) = -10000 lbs.
Carrera ascendente
(Wr+Wf) – 12000 = 2000 lbs.
Carrera descendente
(-Wr+ 12000 ) = 2000 lbs.
Ejemplo
Función
Desplazar los fluidos del yacimientodesde el fondo del pozo hasta lasuperficie por el interior de la tuberíade producción.
Componentes
1) Barril de trabajo/camisa dela bomba
2) Émbolo o pistón
3) Válvula viajera
4) Válvula de pie o estacionaria
Bomba Subsuperficial
Válvula
viajera
Válvula
estacionaria
Émbolo
Cilindro
de trabajo
y camisa
Partes de la Bomba Subsuperficial
Partes de la Bomba Subsuperficial
A) Bomba de inserción. Se puede conectar a la sarta de varillas sinsacar la T.P. a la superficie, sólo se saca la sarta de varillas.
B) Bomba de tubería de revestimiento. Es una versión de la anteriorsólo que esta se ancla en la T.R. Manejan grandes volúmenes enpozos someros y de bajo IPR.
C) Bomba de tubería de producción. La diferencia con la de inserción esla forma en como se coloca la camisa de la bomba. Este vaconectado en el extremo inferior de la T.P. y se introduce alpozo como parte de la sarta de producción.
Clasificación de las Bombas
Materiales usadosCamisa/Barril
Acero aleación
Bronce
Hi-brin
Nitreline
Hi-hard
Krom-i-dee
Silverine
Pistón Acero aleación
Bronce
Co-hard
Superhard
Cromado
Válvulas Stellita
C.T.
Varillas Acero aleaciones
Mg, si, ni, vn, cu, br, cr, mo
Fibra de vidrio
Nomenclatura API para la bomba
Está compuesta de dos partes principales: el émbolo y el barril ; con sus válvulas.
Ciclo de bombeo:1. Émbolo hacia abajo cerca del final de la
carrera, el fluido pasa a través del la válvula viajera, el peso de la columna es soportado en la válvula de pie.
2. Émbolo hacia arriba arrastrando los fluidos arriba de la válvula viajera, la válvula de pie admite fluidos del yacimiento.
3. Émbolo hacia arriba cerca del fin de la carrera, válvula de pie abierta y viajera cerrada.
4. Émbolo hacia abajo, válvula de pie cerrada por la compresión, la válvula viajera se abre por el mismo efecto.
La Bomba Reciprocante
Válvula
viajera
Válvula
estacionaria
Émbolo
Tubería de producción
Varillas de
succión
Cilindro
de trabajo
y camisa
(a) (b) (c) (d)
Ciclo de Bombeo Mecánico
(a) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la carrera.
(b) El émbolo sube, cerca del fondo de la carrera.
(c) El émbolo sube cerca de la parte superior de la carrera.
(d) El émbolo se mueve hacia abajo cerca del tope de la carrera.
Ciclo de Bombeo Mecánico
Sarta de Varillas
La sarta de varillas de succión es un sistemavibratorio complejo mediante el cual el equiposuperficial transmite energía o movimiento a labomba subsuperficial.
La selección de la sarta de varillas depende dela profundidad del pozo y las condiciones deoperación de este.
Su diseño consiste en seleccionar la sarta másligera y por lo tanto más económica, sinexceder el esfuerzo de trabajo de las propiasvarillas.
El esfuerzo de trabajo depende de lacomposición química de las varillas,propiedades mecánicas y fluido bombeado.
Se utiliza sarta de varillas telescopiadas.
Ejemplo: Varilla API No. 86
86
8/8 (1”)
7/8”
6/8” (3/4”)
Número de Varilla API
Clases de varilla
Clase KResistente a corrosión
Clase CResistente a corrosión, trabajo pesado
Clase DTrabajo extra pesado sin H2S
Ventajas BM
Varillas de
succión
Cabezal
Bomba
subsuperficial
UBM Tiene buena eficiencia.
Permite la optimización y el control.
Bajo costo de mantenimiento.
Pueden emplearse materiales para disminuir los problemas de corrosión.
Es flexible - permite ajustar la producción a través de la longitud de la carrera y la velocidad de bombeo.
Presenta desgaste en las varillas y en la TP en pozos desviados.
No aplicable cuando se tienen altas relaciones Gas-Aceite.
Su eficiencia decrece con la profundidad.
Por las dimensiones y aspecto de la unidad superficial afecta la estética y el ambiente.
Limitaciones BM
Varillas de
succión
Cabezal
Bomba
subsuperficial
UBM
Rango Tipico Máximo*
Profundidad 100 - 11,000’ TVD 16,000’ TVD
Volumen 5 - 1500 BPD 5000 BPD
Temperatura 100° - 350° F 550° F
Desviación 0 - 20° 0 - 90°
<15°/100’
Corrosión Bueno a Excelente con materiales especiales
Manejo de Gas Aceptable a Bueno
Manejo de Solidos Aceptable a Bueno
Densidad Fluido >8° API
Tipo de motor Gas o Electrico
Aplicaciones Marinas Limitada
Eficiencia Sistema 45%-60%
Rango de Aplicación BM
Varillas de
succión
Cabezal
Bomba
subsuperficial
UBM
MÉTODO DE
DISEÑO API
RP11L
MÉTODO DE DISEÑO
API RP11L
SUPOSICIONES
1. Bombeo con 100 % de líquido.
2. Solamente varillas de acero.
3. Unidad de bombeo convencional.
4. Bajo resbalamiento del motor principal.
5. Unidad perfectamente balanceada.
MÉTODO DE DISEÑO
API RP11L
SUPOSICIONES
6. Fricción normal en el fondo del pozo.
7. No considera efectos de aceleración del fluido.
8. Tubería anclada o desanclada.
NOMENCLATURA
H = Nivel de fluido
L = Profundidad de la bomba; distancia de la superficie alasiento niple/zapata.
N = Velocidad de bombeo; (S.P.M.) número de carreras porminuto completas.
S = Longitud de carrera; distancia del movimiento de la varillapulida del tope al fondo de la carrera.
D = Diámetro del émbolo en la bomba subsuperficial (pg.).
NOMENCLATURA
G = Gravedad específica de los fluidos combinados en el pozo.
Wr = Peso de la sarta de varillas de succión en el aire
Er = Constante de elasticidad de la tubería.
Fo = Carga estática de fluido sobre el área total delémbolo multiplicado por el nivel del fluido.
Kr = Constante de elasticidad que representa la cargaen libras para alargar la sarta de varillas.
1/Kr = Constante de elasticidad para el total de lasarta de varillas.
Skr = Libras de carga necesarias para alargar el totalde la sarta de varillas en una cantidad igual a lacarrera de la varilla pulida.
NOMENCLATURA
Fo/Skr = Alargamiento dimensional de varilla; que es elalargamiento causado por la aplicación estática de la carga defluido.
N/No = Carreras por minuto de la unidad de bombeo; divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillas notelescopiada.
NOMENCLATURA
N/Nó = carreras por minuto de la unidad de bombeo divididapor la frecuencia natural de una sarta de varillastelescopiadas.
Kt = Constante de elasticidad que representa la carga en librasrequerida para dilatar la longitud total de la tubería=1pg.
1/Kt = Constante de elasticidad de la longitud total de latubería; (0) si es anclada.
NOMENCLATURA
Sp/S = Porcentaje de la carrera subsuperficial del
émbolo/carrera de la varilla pulida.
Sp = Carrera efectiva de la bomba (pg.).
PD = Desplazamiento total de la bomba a 100 %.
W = Peso total de las varillas en el aire.
NOMENCLATURA
Wrf = Peso total de las varillas en el fluido.
Wrf/Skr = Porcentaje del peso de las varillas en el
fluido; para la carga necesaria para dilatar las
varillas, una cantidad igual a la carrera de la varilla
pulida.
NOMENCLATURA
PPRL = Carga máxima de la varilla pulida.
MPRL = Carga mínima de la varilla pulida.
PT = Torque máximo en la caja de engranes de la unidad.
PRHP = Potencia en la varilla pulida.
CBE = Efecto de contrabalanceo.
NOMENCLATURA
EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODO API RP11L
Tablas y graficas
Unidades
Hidroneumáticas de Bombeo Reciprocante (UBH)
TIEBEN
Hasta los años noventa la operación de los equipos
de bombeo mecánico se consideraban los más
eficientes, utilizando las unidades de bombeo
Convencional, Aerobalanceada y la Mark II. Cuando
llegó a México una nueva unidad llamada TIEBEN, en
el campo Poza Rica se llevo a cabo una prueba piloto
en el año de 1995 en el pozo Poza Rica 329 donde se
evaluó la eficiencia de la nueva unidad
Hidroneumática mejor conocida como “Tieben”, que
tan buenos resultados había tenido en el campo
Ébano.
ANTECEDENTES HISTORICOS.
Producción de aceite por tipo de unidad
Unidades Convencionales Unidades Tieben
• 6288 BPD • 7862 BPD
156 Unidades
AIPRA 2005
103 Unidades
Tipos de Unidades
Las unidades de bombeo Hidroneumáticas se clasifican de acuerdo al tipo de motor, montaje y carrera con el que pueden operar.
Tipo de Montaje
• Pedestal (P)
• Directo (DM)
Carrera
• 60 pg (1.52 m)
• 120 pg (3.04 m)
• 180 pg (4.57 m)
Motor
• Eléctrico (E)
• Combustión (G)
Por lo que se tienen:
• EP-60, GP-60, EDM-60 y GDM-60
• EP-120, GP-120, EDM-120 y GDM-120
• EDM-180 y GDM-180
Se compone de dos sistemas básicos:
• Sistema Hidráulico.- Este sistema proporciona el
movimiento necesario, ascendente y descendente, para
el funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Consta de
un Cilindro Hidráulico de efecto doble, una Válvula deControl Direccional de cuatro vías y una Bomba Maestra deEngranes (bomba hidráulica).
Principio de Operación
(VER VIDEO)
• Sistema de Balanceo
Hidroneumático.-
Contrabalancea el peso
de la sarta de varillas y
consta de un Cilindro
Hidráulico de efecto simple
(acumulador), un paquete
de Tanques de Nitrógeno
y una Bomba Auxiliar de
Engranajes.
Principio de Operación
Esquemático
Partes esenciales de la UBH reciprocante
Pedestal
• Cilindro (acumulador y motriz.)
•Válvula check.
•Arreglo unión.
•Sensores.
• Pedestal.
• Plato.
• Conexiones.
Paquete motriz
•Válvula direccional.• Controlador de válvula direccional.
•Manifold.•Bomba maestra.•Bomba auxiliar.•Tanque piloto.•Tablero.•Deposito de Aceite.•Acumulador de nitrógeno
•Tanques almacenadores de nitrógeno.
Unidad TIEBEN
VENTAJAS DE LA UNIDAD DE BOMBEO HIDRONEUMATICO
SOBRE LA UNIDAD CONVENCIONAL.
• COSTO DE ADQUISICION. Se tienen ahorros de hasta el 50%
debido a que la unidad TIEBEN viene completamente lista para
ser instalada, a diferencia del convencional que requiere de la
adquisición del motor, las bandas de transmisión, principalmente y
de una tardada y costosa base de concreto.
• CONSUMO DE ENERGIA. Se tiene consumos menores al 30%
del consumo de las unidades convencionales.
• TIPO DE MOTOR. Puede utilizar motor eléctrico, de combustión
interna diesel o de gas, ya sea gas LP de un tanque estacionario o
gas liberado en el espacio anular. Congruente con el consumo de
energía, para un mismo pozo, para una unidad TIEBEN lleva una
ventaja en el requerimiento de potencia, al ser comparada con una
unidad convencional de aproximadamente 30%.
• COSTOS DE REPARACION. Se tienen ahorros del orden del
500%. Por ejemplo, lo mas caro por reparar en una unidad
convencional es el reductor de engranes, con un costo de +/-
$246,000; en una TIEBEN, lo mas caro por reparar es el cilindro
(cambio de todos los sellos y empaques) con un costo de +/-
$8,000.
• TRANSPORTACION E INSTALACION. Mayor facilidad de
transportación, instalación y operación. La unidad TIEBEN se
transporta en un remolque ligero jalado por una camioneta
Pick-Up, se instala y se pone en operación en menos de tres
horas. Puede ser instalada incluso por un simple camión con
malacate y pluma. La unidad TIEBEN no requiere base de
concreto. Como comparación para transportar una unidad
convencional se requieren camiones de plataformas y grúas de
15 toneladas. Además del periodo de acondicionamiento de la
localización y construcción de dicha base.
• EFICIENCIA DE BOMBEO. Con la unidad de bombeo
TIEBEN es posible trabajar a bajas velocidades de
bombeo, lo cual permite un mejor llenado del barril de la
bomba, reduce el golpeteo del fluido, el desgaste de la varillas
y el equipo superficial.
• PRODUCCIÓN DIFERIDA. El tiempo en operación es una
gran ventaja de la unidad TIEBEN, pues la reparación de
cualquier parte de la unidad es bastante rápida y
requiere poco refaccionamiento. Por ejemplo, para
cambiar los sellos del pistón del acumulador de nitrógeno,
recargarlo de nitrógeno y reiniciar la operación se
emplean menos de dos horas. Además el hecho de que el
pedestal sea abatible, permite la operación en forma
inmediata de los equipos de reparación y terminación de
pozos (RTP). Todo esto reduce al mínimo los problemas
por producción diferida.
Unidades de Bombeo de Carrera LargaROTAFLEX
Dos tercios de los pozos en el mundo son operados
mediante Bombeo Mecánico.
70 % de los pozos en Argentina (12,900 pozos) emplean
BM.
Aumenta la demanda mundial de hidrocarburos.
Extracción optima de hidrocarburos desde un punto de
vista técnico-económico.
72
La primera unidad con el mecanismo actual fueinstalada en Diciembre de 1987.
Weatherford (EVI Oil Tools) compró ROTAFLEXen 1989 - Existían 40 unidades instaladas.
Desde esa fecha ha experimentado un 15% decrecimiento interanual.
En 1991 se muda la planta desde Kilgore a Odessa.
Actualmente se cuentan 825 instalaciones anivel mundial, principalmente en Texas,Oklahoma, Venezuela y Colombia.
Características de la unidadRotaflex®
Carrera de 288 y 306 pulgadaspara bombas mecánicas (másde 7 metros).
Alta capacidad de producción.
Alta eficiencia para extracciónde pozos problema o pozosprofundos.
Aplicaciones en reemplazo de bombas BEC.
Características de la unidadRotaflex®
Mayor vida útil del equipo de fondo.
40 a 60% de reducción en los ciclos de esfuerzo, mayor vidaútil de las varillas.
20 a 50% de reducción en el costo de energía.
Ayuda a resolver el problema de candado de gas.
100% accionamiento mecánicode bajo mantenimiento.
Características de la unidadRotaflex®
75
Ventajas del ROTAFLEX
Embolada larga y lenta que permite:
Mejorar el llenado del barril.
Reducir los problemas de golpe de fluido.
Minimizar los problemas de interferencia de gas.
Reducir el desgaste entre las partes móviles.
Reducir los esfuerzos de tensión y compresión sobrela sarta de cabillas.
Aumenta la eficiencia total del sistema.
76
Ventajas del ROTAFLEX Permite al sistema de bombeo reciprocante
aumentar su capacidad de producción hasta másde 2500 BFPD.
Unidad 100% mecánica.
Contrapeso fácil y preciso.
Reductores de engranajes más pequeños.
Armado, probado y embarcado en una sola pieza.
No es necesaria y desinstalación para realizar losservicios al pozo.
Reduce los costos de operación y mantenimiento.
Características del ROTAFLEX
Unidad Vertical
Carrera de hasta 25 pies
Capacidad de carga de hasta 50.000 lbs
Caja reductora de hasta 320.000 pulg*lbs
Sistema de Inversión
Totalmente Mecánico
Características de la unidadRotaflex®
Reductor API
Corona
Cadena
Carro Inversor
Caja Contrapeso
Características de la unidadRotaflex®
Banda Flexible conecta las
varillas al carro caja contrapeso.
Banda flexible absorbe fuerzas
de inercia en los cambios de
Carrera
Características de la unidadRotaflex®
CORONA
diámetro 914,4 mm.
18 inches
Mecanismo de Inversión
Carrera Descendente
Corona
Superior
Caja
Contrapesos
Corona
Motriz
Carro
Inversor
Cadena
Mecanismo de Inversión
Carrera Descendente
Mecanismo de Inversión
Cambio de Carrera
Mecanismo de Inversión
Cambio de Carrera
Mecanismo de Inversión
Carrera Ascendente
Características del ROTAFLEX Un eje de
rotación en la base permite doblarlo para ser enviado sin desarmar
Características del ROTAFLEX Puede rodarse por
medio de rieles anclados a la base para facilitar el acceso al pozo
Características del ROTAFLEX Base y Unidad
montadas cerca del pozo
Base de concreto especialmente diseñada para el Rotaflex
Plataforma para instalar el contrabalance
Características del ROTAFLEX Guardacorreas
con bisagras para fácil acceso
Poleas de unidad y motor ubicados a nivel del suelo
Rango de velocidad de 1 a 4,5 SPM
ROTAFLEX vs. Unidad Convencional
Unidad API M-912-365-144 R-320-360-288
Nivel de Fluido (metros) 1900 1900
Profundidad de la Bomba (metros) 2000 2000
Tamaño del Pistón (pulg.) 2,25 2,25
Tasa de Producción (m3/día) 101 102
Eficiencia Total del Sistema (%) 48 57
Motor Nema D (HP) 100 60
Carga sobre la Caja Reductora (%) 84 52
Carga sobre la Estructura (%) 79 74
Velocidad de Bombeo (SPM) 11,3 4,83
Consumo Eléctrico Mensual ($) 1.972 1.673
Costo Aproximado del Sistema ($) 152.000 104.000
Candidatos Potenciales
Pozos nuevos
Pozos desviados y horizontales
Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubería
Crudos medianos y pesados
Aplicaciones con alta temperatura de fondo
Pozos con poco aporte - bajo nivel de fluido
Pozos someros de alta producción
Conclusiones20 a 50 % de Incremento de Eficiencia de Extracción.
Torque, velocidad y potencia constantes en la mayor parte de las carreras Ascendente y Descendente.
No se necesita sobredimensionar instalación eléctrica.
Sistemas más eficientes si son diseñados para trabajar a plena carga.
Si se utiliza variadores de velocidad no se necesita utilizar motores de Alto Deslizamiento, obteniéndose mejores eficiencias.
TAREA 16- Resumen artículo
Rotaflex Efficiency and Balancing.
J.N. McCoy, A.L. Podio and Lynn Rowlan
SPE 67275
March 2001
EQUIPO No. 4 – 12 octubre 2010
Conceptos para el diseño de UBM
El Bombeo Mecánico es un sistema artificial de producción (SAP)
en el cual el movimiento del equipo de bombeo subsuperficial se
origina en la superficie y se transmite a la bomba por medio de una
sarta de varillas de succión.
1.- Cuando el émbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula viajera
por el peso del aceite sobre ésta; la válvula de pie se abre y da paso al aceite
del pozo, llenando la camisa de la bomba.
2.- Al descender el émbolo, se abre la válvula viajera y da paso al aceite de la
camisa de la bomba hacia arriba del émbolo, cerrando la válvula de pie que
impide que se regrese el aceite al pozo.
Ciclo de bombeo
Objetivo del diseño
Producir una cierta
cantidad de fluidos por día
con un mínimo de:1. Torsión.
2. Carga en la varilla pulida.
3. Requerimientos de potencia del motor
principal.
4. Costos de combustible o energía.
5. Costos de mantenimiento de la unidad.
6. Roturas de la varilla.
7. Producción diferida por rotura de varillas o
por reparación y mantenimiento de la
unidad.
8. Costo inicial.
Características del BM
Debe ser:
•Resistente.
•De larga vida.
•Eficiente.
•Fácil y barato de transportar.
•Silencioso.
•No contaminante.
•Seguro de instalar y de operar.
Ventajas y Desventajas del BM
Ventajas:1. Fácil diseño.
2. Unidades pueden ser cambiadas a otros
pozos.
3. Adaptable a agujeros reducidos.
4. Flexible.
5. Levanta aceites viscosos y de altas
temperaturas.
Desventajas:1. No es posible manejar sólidos.
2. No se adapta a grandes profundidades.
3. En operaciones costa-afuera resulta
pesado y estorboso.
Principio de flotación
a) Cuando el Peso del cuerpo es menor
que el Empuje ascendente y se
encuentra en el fondo, el cuerpo sale
a la superficie y flota.
b) Cuando el Peso del cuerpo es igual al
Empuje ascendente, el cuerpo queda
en equilibrio dentro del líquido.
c) Cuando el Peso del cuerpo es mayor
que el Empuje ascendente, éste se
hunde pero aparentemente disminuye
su peso.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo
Zona 1.- Es la parte de la carrera donde la máxima carga de
varillas y fluido se levantan del fondo con máxima
aceleración. Esta zona se extiende desde el fondo hasta
algún punto cerca de la mitad de la carrera ascendente. En
esta zona, el componente de la fuerza de inercia se suma a
la carga estática de la masa de varillas y fluido. Debido a
que la máxima aceleración hacia arriba ocurre en esta zona,
normalmente el producto de la carga compuesta de varillas
y fluido por la máxima aceleración, da como resultado la
carga pico o carga máxima en la varilla pulida.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo
Zona 2.- Es la parte de la carrera ascendente que se
extiende desde cerca del punto medio hasta el tope de la
carrera. En esta zona, aún se tiene la máxima masa de
varillas y fluido, pero se está desacelerando;
consecuentemente, el componente de inercia de la masa de
varillas y fluido se está restando del total del peso estático.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Zona 3.- Se inicia en la parte superior de la carrera
descendente, desplazándose hacia abajo hasta algún
punto cerca de la mitad de la carrera. En esta zona
únicamente se tiene el peso de las varillas flotando,
menos el componente de inercia. Normalmente es en
esta zona donde ocurre la máxima aceleración hacia
abajo.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Zona 4.- Se inicia en algún lugar cerca de la mitad de la
carrera descendente y se extiende hasta el fondo de la
carrera. En esta zona las varillas flotando se
desaceleran en su preparación para detenerse en el
fondo de la carrera, entonces, el componente de inercia
se suma al peso de las varillas.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Patrón típico de cargas en la varilla pulida durante un ciclo de bombeo.
Wf=peso de los fluidos a=factor de aceleración
Wr= peso de las varillas
a=maxv=0
a=maxv=0
a=0v=max
WfWr-a
WfWr+a
Wr-a
Wr+a
Mitad de la carrera Mitad de la carrera
Parámetros para la selección de la bomba de
inserción
• Volumen a producir.
• Profundidad del intervalo productor.
• Viscosidad del aceite producido.
• Existencia de arena en el aceite.
• Volumen de gas producido.
• Temperatura.
• Porcentaje de agua.
ACCESORIOS
DEL BOMBEO
MECÁNICO
ACCESORIOS
Varillas extrapesada y centradores
1. Se debe utilizar 1 lb. de varilla extrapesada por cada bpdproducido hasta 500 bpd. Ejemplo: para 450 bpd, 450 lbs.de varilla extrapesada. Después de esta cantidad 1.5 lb.
2. No se deben colocar varillas extrapesadas a la profundidadde la bomba cuando exceda los 3º de desviación, porque lavarilla extrapesada es de 1 1/2” y friccionaría contra latubería; en este caso colocar varilla de 7/8” concentradores.
3. Cuando se conoce el punto de la rotura de la varilla, loscentradores van debajo de este punto.
ACCESORIOS
Varillas extrapesadas y centradores
centradores
Varilla extrapesada
ACCESORIOS
Anclas de gas
Un método para mejorar la eficiencia de la bomba,es desviar el gas libre hacia el espacio anular delpozo. El dispositivo que separa el gas del liquido seconoce como ancla de gas:
ANCLA DE GAS TIPO SENCILLOANCLA DE GAS CON EMPACADORANCLA DE GAS CON COPAS
TIPO DE ANCLAS
GOLPE DE FLUIDO.-Cuando la cámara decompresión está sóloparcialmente llena confluido, el problema sepresenta en la carreradescendente de la bomba,el pistón estádesplazándose a través dela parte superior vacía dela cámara de compresión yrepentinamente golpea alencontrar mucho fluido.
CASOS ESPECIALES
VACIO
GOLPE DE GAS.- Estásituación es menos drásticaque el golpe de fluido, yaque al menos existe algo degas en la parte superior dela cámara de compresiónpara ayudar a acumularpresión antes de que laválvula móvil choque conel fluido. El gas amortigualigeramente los choqueshidráulico y mecánico.
CASOS ESPECIALES
VACIO
CANDADO DE GAS.-Fenómeno en la cámara decompresión, hace que la bombano produzca fluido. Las válvulasno operan y el pistón de labomba simplemente se muevehacia arriba y abajo, levantandoy bajando la columna de fluidoen la sarta de tubos. La causa essimplemente que no haysuficiente presión generada en lacámara de compresión durantela carrera descendente de labomba para abrir la válvula.
CASOS ESPECIALES
Cartas dinamométricas
La carta dinamométrica es un diagrama deCARGA VS DESPLAZAMIENTO resultantedel registro de todas las fuerzas que actúansobre la varilla pulida con respecto a suposición en cualquier instante durante el ciclode bombeo.
En este diagrama la posición de la varillapulida esta en el eje de las abscisa y la cargaen el eje de las ordenada.
VARILLA PULIDA
Cartas dinamométricas
1. Cargas en el equipo superficial.
2. Cargas en las varillas.
3. Comportamiento de la bomba.
D E S P L A Z A M I E N T O
C
A
R
G
A
VVC,VPA
A B
C
VVA,VPC
D
CARRERA ASCENDENTE
CARRERA DESCENDENTE
Con ella se puede determinar:
(SARTA DE VARILLAS)
CONDICIONES IDEALES DE UNA CARTA DINAMOMÉTRICA
Velocidad de bombeo baja
No existen fuerzas de aceleración
No existen fuerzas de vibración
No existen fuerzas de fricción
La válvula de pie abre y la válvula viajera cierra instantáneamenteen el inicio de la carrera ascendente.
La válvula de pie cierra y la válvula viajera abre instantáneamenteen el inicio de la carrera descendente.
No existen cambios en la longitud de la varilla debido a latransferencia de carga del fluido.
Cartas dinamométricas
1.- Cargas en el equipo superficial:•Cargas máxima y mínima en laestructura de la UBM.•Torsión en el reductor deengranes y en el motor principal.•Trabajo realizado por la varillapulida al elevar los fluidos yvencer la fricción.•Contrabalanceo apropiado.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
2.- Cargas en la sarta de varillas:•Cargas máxima y mínima.•Esfuerzos en las varillas.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
3.-Comportamiento de la bombasubsuperficial:
•Condiciones de trabajo de las válvulasviajera y de pie.•La existencia de golpeteo de fluidos y sumagnitud.•Candado de gas en la bomba.•Fricción excesiva.•Si la bomba está o no bombeando envacío.•Condiciones de sobreviaje del émbolo oreducción del viaje del mismo.
Con ella se puede determinar:
Cartas dinamométricas
Modificación de la carta dinamométrica por efectos de aceleración
Cartas dinamométricas
Efecto de alargamiento y contracción de las varillas
Cartas dinamométricas
Efecto de vibraciones naturales de la sarta de varilla
Diagnóstico de fallas
AUTOMATIZACIÓN BM
• Grandes ventajas técnicas y económicas se obtienen al instalar sistemas de
monitoreo y control (automatización).
• Se utilizan controladores de pozos inteligentes.
Análisis de la tensión con el diagrama de Goodman
Modificado.(ANÁLISIS DE LAS VARILLAS)
De una carta dinamométrica de unaunidad de bombeo mecánico, la cargamáxima de una varilla de 1 pg., grado Ces de 26,235 libras, y la carga mínima es4,750 libras. Empleando el método APIdel diagrama de Goodman modificado sedeterminará sí las varillas trabajan en elrango de tensiones de diseño.
Varilla
Clase KResistente a corrosión
Clase CResistente a corrosión,
trabajo pesado
Clase DTrabajo extra pesado
sin H2S
Grado de la varilla
Composición química
Esfuerzo de tensión (psi)
Mínimo Máximo
K AISI 46XX 85,000 115,000
C AISI 1536 90,000 115,000
DCarbono o aleaciones
115,000 140,000
Propiedades químicas y mecánicas de las varillas
Nota: De la especificación API SPEC 11B, la mínima fuerza de tensión (T)
para varillas de grado C es de 90,000 psi.
SoluciónLa tensión máxima es.
La tensión mínima es.
)psi(33403)pg(785.0
)lbs(26235
illavarladeárea
máximaaargCS
2max
)psi(6051)pg(785.0
)lbs(4750
illavarladeárea
mínimaaargCS
2min
Usando el diagrama de Goodmanmodificado para varillas grado C, para unatensión mínima de 6,051 psi sobre el ejevertical, trazar una línea vertical desde lalínea de tensión mínima hasta el punto detensión máxima 33,403 psi.
Esté punto se encuentra fuera del rangode tensiones permitidas, las varillas seencuentran sobrecargadas. En el diagramala tensión máxima debe de ser de 25,900psi. Este valor corresponde al punto deintersección entre la línea de máximatensión y la línea vertical dibujada.
Análisis de la tensión en forma analítica con la modificación de Goodman.
El método API del análisis de la tensióndel Goodman se puede analizar conecuaciones y estas son muy fáciles deutilizar si se tienen programadas,también son más rápidas y más exactaporque se calculan valores en vez dehacer lecturas en el diagrama.
La ecuación para obtener la tensiónmáxima permitida (SA) es:
SFS5625.0T25.0S minA
T = Mínima fuerza de tensión permitida (psi)SF = factor de seguridad.SA = tensión máxima permitida (psi)
psi25904S
)0.1()6051(5625.0)90000(25.0S
A
A
El rango permitido de tensión es:
)psi(19853605125904
El rango actual de tensión es:
)psi(27352605133403
minAA SSDS
minmaxact SSDS
La carga de la varilla en porcentaje es de:
%8.13710019853
27352
100DS
SSillavarladeaargc%
A
minmax
Por lo tanto se concluye que las varillas se encuentran sobrecargadas
• Se entregará un anteproyecto de SAP para su
autorización (antes del 4 de noviembre) por el
representante de cada equipo del proyecto. Equipo
de 3 o 4 integrantes.
• Se entregará un trabajo escrito.
• Se entregará en un CD toda la información del
proyecto (presentación, artículos u otro tipo de
publicación, corridas de computo, listados, etc.).
• La presentación la realizará todo el equipo del
proyecto en 20 minutos (7 y 9 de diciembre).
PROYECTO FINAL
• Título.
• Objetivo.
• Introducción.
• Desarrollo.
• Resultados.
• Aporte del proyecto.
• Conclusiones y recomendaciones.
• Bibliografía
PROYECTO FINAL
“SOFTWARE DE BOMBEO MECÁNICO”
Software en el mercado.
I. RodstarDesarrollado por la compañía Theta Enterprise, requiere licencia para poder trabajar. Puede trabajar en Red
II.QrodDesarrollado por la compañía Echometer, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier PC.
III.SrodDesarrollado por la compañía Lufkin, necesita licencia para poder trabajar. Puede trabajar en Red.
Software en el mercado.
IV.SARPDesarrollado por la compañía CEALC, necesita licencia para podertrabajar. Actualmente no esta disponible en el mercado.
V.TRIRODDesarrollado por la compañía Trico Industries. Emplea el método API RP11L, este software es gratis. Se puede instalar en cualquier
PC.
FIN DE LA PRESENTACIÓN
14 Octubre 2010