BOMBEO_DE_CAVIDAD_PROGRESIVA_(PRODUCCION)[1]

8/7/2019 BOMBEO_DE_CAVIDAD_PROGRESIVA_(PRODUCCION)[1]

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Bombeo de Cavidad Progresiva.

Las bombas de Cavidad Progresiva son mquinas rotativas de

desplazamiento positivo, compuestas por un rotor metlico, un estator cuyo

material es elastmero generalmente, un sistema motor y un sistema de acoples

flexibles. El efecto de bombeo se obtiene a travs de cavidades sucesivas e

independientes que se desplazan desde la succin hasta la descarga de la bomba

a medida que el rotor gira dentro del estator. El movimiento es transmitido por

medio de una sarta de cabillas desde la superficie hasta la bomba, empleando

para ello un motor reductor acoplado a las cabillas.

Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir

manejar altos volmenes de gas, slidos en suspensin y cortes de agua, as

como tambin son ideales para manejar crudos de mediana y baja gravedad API.


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Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo

El sistema de bombeo por cavidades progresivas est integrada por dos

secciones de equipos: Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo.

Equipos de Subsuelo:


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Tubera de produccin:

Es una tubera de acero que comunica la bomba de subsuelo con el

cabezal y la lnea de flujo. En caso de haber instalado un ancla de torsin, lacolumna se arma con torsin ptimo API, correspondiente a su dimetro. Si

existiera arena, an con ancla de torsin, se debe ajustar con la torsin mxima

API, de este modo en caso de quedar el ancla atrapada, existen ms posibilidades

de librarla, lo que se realiza girando la columna hacia la izquierda. Si no hay ancla

de torsin, se debe ajustar tambin con el mximo API, para prevenir el

desenrosque de la tubera de produccin.

Sarta de varillas:

Es un conjunto de varillas unidas entre s por medio de cuplas formando la

mencionada sarta, se introduce en el pozo y de esta forma se hace parte integral

del sistema de bombeo de cavidad progresiva. La sarta est situada desde la

bomba hasta la superficie. Los dimetros mximos utilizados estn limitados por el


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dimetro interior de la tubera de produccin, utilizndose dimetros reducidos y

en consecuencia cuplas reducidas, de manera, de no raspar con el tubing.

Estator:

Usualmente est conectado a la tubera de produccin; es una hlice doble

interna y moldeado a precisin, hecho de un elastmero sinttico el cual est

adherido dentro de un tubo de acero. En el estator se encuentra una barra

horizontal 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.

Elastmero:

Es una goma en forma de espiral y esta adherida a un tubo de acero el cual

forma el estator. El elastmero es un material que puede ser estirado varias veces

su longitud original teniendo la capacidad de recobrar rpidamente sus

dimensiones una vez que la fuerza es removida.

Rotor:

Suspendido y girado por las varillas, es la nica pieza que se mueve en la

bomba. Este consiste en una hlice externa con un rea de seccin transversal


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redondeada, tornada a precisin hecha de acero al cromo para darle mayor

resistencia contra la abrasin. Tiene como funcin principal bombear el fluido

girando de modo excntrico 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 elastmero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm, este

dato permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado. En

caso de presencia de arena, aunque sea escasa, esta deja muchas veces

marcada la hlice del rotor. De este modo, al retirar el rotor por cualquier motivo,

se puede observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator, partiendo

del extremo superior del rotor.

Centralizador: Puede ser un componente adicional, sin embargo, tiene

mayor uso en especial para proteger las partes del sistema.

El tipo de centralizadores es el "no soldado". Empleado en la tubera con el

propsito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la

bomba dentro de la tubera de produccin.


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Niple Intermedio o Niple Espaciador:

Su funcin es la de permitir el movimiento excntrico de la cabeza del rotorcon su cupla o reduccin de conexin al trozo largo de maniobra o a la ltima

varilla, cuando el dimetro de la tubera de produccin no lo permite. En este caso

es imprescindible su instalacin.

Niple De Paro:

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

Su funcin es:

y Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento, para que el rotor

tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente.

y Servir de pulmn al estiramiento de las varillas, con la unidad funcionando.

y Como succin de la bomba.

Los ms usuales son los de rosca doble, con una rosca hembra en su extremo

superior, que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su

extremo inferior, para permitir instalar debajo el ancla de torsin o cualquier otro


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elemento. A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor, durante el

espaciamiento.

Trozo De Maniobra:

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 250 RPM. Cuando se instala una varilla, debido a su largo y al movimiento

excntrico del rotor que se transmite directamente a ella, tiende a doblarse y rozar

contra las paredes de la ltima tubera de produccin. 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 dimetro.

Ancla de Torsin:

Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj, o hacia la derecha (vista

desde arriba) se realiza la accin de girar la columna tambin hacia la derecha, es

decir hacia el sentido de desenrosque de los caos. A esto se suman las

vibraciones producidas en la columna por las ondasarmnicas ocasionadas por el

giro de la hlice del rotor dentro del estator, vibraciones que son tanto mayores

cuanto ms profunda es la instalacin de la bomba. La combinacin de ambos

efectos puede producir el desprendimiento de la tubera de produccin, el ancla de

torsin evita este problema. Cuanto ms la columna tiende al desenrosque, ms

se ajusta el ancla. Debe ir siempre instalada debajo del estator.


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

siempre es necesaria su instalacin, ya que en bombas de menor caudal a bajas

velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se

producen grandes vibraciones. No obstante, es recomendable en todos los casos.

Niple Asiento:

Es una pequea unin sustituta que se corre en la sarta de produccin.

Permite fijar la instalacin a la profundidad deseada y realizar una prueba de

hermeticidad de caera. En bombas insertables el mecanismo de anclaje es

mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de asiento que

una bomba mecnica, evitando en un futuro el movimiento de instalacin de

tubera de produccin al momento de cambiar el sistema de extraccin.


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Mandril A Copas:

Permite fijar la instalacin en el niple de asiento y produce la hermeticidad

entre la instalacin de tubera de produccin y el resto del pozo.

El trmino mandril tiene muchos significados. Puede referirse al cuerpo principal

de una herramienta o un eje. Adicionalmente, partes de la herramienta podran

estar conectadas, arregladas o encajadas adentro. Tambin puede ser varillas de

operacin en una herramienta.

Zapato probador de hermeticidad:

En caso de ser instalado (altamente recomendado), se debe colocar

siempre arriba del niple intermedio. Para poder probar toda la caera y adems

como su dimetro interno es menor que el de la tubera de produccin no permite

el paso de centralizadores a travs de l. Para algunas medidas de bomba, no se

puede utilizar, porque el pasaje interior del mismo es inferior al dimetro del rotor

impidiendo su paso en la bajada.

La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la

hermeticidad, aunque siempre existe escurrimiento, tanto mayor, cuanto mayor

sea la presin total resultante sobre la bomba. La suma de la presin de prueba

ms la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomtrica de la

bomba para evitar daarla.

Cao Filtro:

Se utiliza para evitar, (en el caso de rotura de estator con desprendimiento de

elastmero), trozos de tamao regular del mismo, pueden estar dentro del espacio

anular. Una vez cambiada la instalacin de fondo, estos pedazos de elastmero

podrn ser recuperados con equipo especial y no permanecern en el pozo donde

se corre el peligro que sean succionados nuevamente por la bomba.

Equipos de superficie.


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Una vez obtenidos los parmetros, mnimos de operacin, necesarios para

accionar el equipo de subsuelo, es necesario dimensionar correctamente los

equipos de superficie que sean capaces de proveer la energa requerida por el

sistema.

Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y

soportar la carga axial del equipo de fondo, entregar la torsin requerida y rotar al

vstago a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie.

Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son:

Cabezal de rotacin;

Sistema de transmisin; y

Sistema de frenado.

Cabezal de rotacin.

El cabezal de rotacin debe ser diseado; para manejar las cargas axiales de

las varillas, el rango de velocidad a la cual debe funcionar, la capacidad de freno y

la potencia necesitara.

Este es un equipo de accionamiento mecnico instalado en la superficie

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

cojinetes que soportan la carga axial del sistema, un sistema de freno (mecnico o

hidrulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un

dispositivo externo.

Un ensamblaje de instalacin que incluye el sistema de empaque para evitar la

filtracin de fluidos a travs de las conexiones de superficie. Adems, algunos

cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes

mecnicos o poleas y correas.

La torsin se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta

grampa. El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical


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de la sarta de varillas de succin (a semejanza del sistema buje de

impulso/vstago de perforacin). El peso de la sarta de varillas se halla

suspendido a una grampa, provisto de cuatro pernos. La barra se puede levantar a

travs del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por

circulacin inversa.

Cabezales de rotacin

Plano del cabezal de una BCP.

Descripcin de las partes del cabezal para BCP.

1. Base porta empaque

2. Tuerca porta empaque

3. Buje centralizador de tuerca empaque


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4. Buje centralizador inferior

5. Deflector ecolgico

6. Bulones 10/32 anclaje buje de tuerca

7. Cuerpo principal

8. Tapa superior

9. Eje motriz pasaje hasta 1 1/2"

10. Rodamiento 29420

11. Rodamiento nj 221

12. Rodamiento nj 214

13. Cao gua

14. Visor

15. Reten inferior

16. Mesa porta polea

17. Bulones alem 3/4 x 2 1/4"

18. Caliper de freno

19. Disco de freno

20. Bulon alem 12 x 175 x 35

21. Caja comando hidrulico

22. Motor hidrulico

23. Correa sincrnica 90 x 190

24. Engranaje 22 dientes

25. Engranaje 42 dientes

Sistema de transmisin.


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Como sistema de transmisin se conoce el dispositivo utilizado para transferir

la energa desde la fuente de energa primaria (motor elctrico o de combustin

interna) hasta el cabezal de rotacin.

Para la transmisin de torsin de una mquina motriz a una mquinaconducida, existen al menos tres mtodos muy utilizados: Transmisin con

engranajes, correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos.

Dependiendo de la potencia, posicin de los ejes, relacin de transmisin,

sincrnica, distancia entre ejes y costo; se seleccionar el mtodo a utilizar.

En la mayora de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a

velocidades menores a 150 RPM, es usual utilizar cabezales con caja reductora

interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisin, como correas y

poleas. Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM,

lo que traera como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la

insuficiente disipacin de calor.

Sistema de correas y poleas.


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Sistema de Freno

La segunda funcin importante del cabezal es la de frenado que requiere el

sistema. Cuando un sistema BCP est en operacin, una cantidad significativa de

energa se acumula en forma de torsin sobre las varillas.

Si el sistema se para repentinamente, la sarta de varillas de bombeo libera esa

energa girando en forma inversa para liberar torsin. Adicionalmente, a esta

rotacin inversa se le suma la producida debido a la igualacin de niveles de fluido

en la tubera de produccin y el espacio anular, en el momento de la parada.

Durante ese proceso de marcha inversa, se puede alcanzar velocidades de

rotacin muy altas.

Al perder el control de la marcha inversa, las altas velocidades pueden causar

severos daos al equipo de superficie, desenrosque de la sarta de varillas y hasta

la rotura violenta de la polea el cabezal, pudiendo ocasionar esta situacin daos

severos al operador.

Caractersticas de sistema de frenado.

y El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta potencia

con bombas de gran dimensin.

y El motor hidrulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta

inmediata en ambos sentidos de giro.


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y El manifould comando permite un rango de regulacin segn las exigencias del

equipo. Ya que se puede optar por un freno progresivo, as evitando

aprisionamiento de la bomba de fondo; caso contrario se puede optar por un

bloqueo del mismo segn los requerimientos operativos.

y El freno de disco asegura una mejor dispersin del calor generando un frenado

prolongado.

y Las pastillas del freno se pueden reemplazar fcilmente en el campo por el

buen acceso al caliper de freno que se tiene.

y El freno funciona automticamente tan pronto como hay contrarrotacin y la

velocidad de contrarrotacin se puede ajustar fcilmente por el alto rango de

regulacin que consta el manifould comando.

De los frenos utilizados se pueden destacar los siguientes:

Freno de accionamiento por friccin: Compuesto tradicionalmente de un

sistema de disco y pastillas de friccin, accionadas hidrulicamente o

mecnicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa. La mayora de estos

sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal, con el disco

acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal. Este tipo de freno es

utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP

Freno de accionamiento Hidrulico: Es muy utilizado debido a su mayor

eficiencia de accin. Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste

en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido

de las agujas del reloj (operacin de una BCP). Al ocurrir la marcha hacia atrs, el

plato acciona un mecanismo hidrulico que genera resistencia al movimiento

inverso, lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y

se disipe la energa acumulada. Dependiendo del diseo del cabezal, este

mecanismo hidrulico puede accionarse con juegos de vlvula de drenaje,

embragues mecnicos, etc.


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Elastmeros

Son la base del sistema BCP en el que est moldeado el perfil de doble hlice

del estator. De su correcta determinacin y su interferencia con el rotor, depende

la vida til de una BCP.

Principio y funcionamiento:

El estator y el rotor no son concntricos y el movimiento del rotor es

combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro rotacional en direccin

opuesta alrededor del eje del estator. La geometra del conjunto es tal que forma

una serie de cavidades idnticas y separadas entre s. Cuando el rotor gira en el

interior del estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del

estator hasta la descarga por succin. De manera que se tiene un desplazamiento

positivo en cavidades progresivas.


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Actualmente el sistema de bombeo por cavidad progresiva es aplicado para:

-Produccin de petrleos pesados y bitmenes menores a los 18API.

-Produccin de crudos medios y livianos con limitaciones por el contenido de H2S.

-Produccin de crudos con altos contenidos de agua y altas producciones brutas

en recuperacin secundaria.

Con respecto a los dems sistemas de bombeo, este presenta una alta

eficiencia comnmente entre el 50% y 60 %, lo que lo hace muy ventajoso sin

embargo tambin presenta una serie de desventajas que se muestran en el

siguiente cuadro


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Diseo

Consiste en un engranaje helicoidal enroscado extremo simple (rotor), el

cual rota excntricamente dentro de un engranaje helicoidal enroscado internodoble (estator).

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