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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERA
MECNICA ELCTRICA
MANUAL DE SELECCIN DE UNIDADES DE BOMBEO MECNICO DEL ACTIVO DE PRODUCCIN POZA RICA REGIN NORTE
TRABAJO PRCTICO TCNICO
QUE PARA OBTENER EL TTULO DE:
INGENIERO MECNICO ELCTRICO
PRESENTA:
JUAN ADOLFO RAGA MARTNEZ
ASESOR DE TESIS:
ING. JUAN CARLOS ANZELMETTI ZARAGOZA
POZA RICA, VERACRUZ 2001
Manual de Seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico del Activo de Produccin Poza Rica Regin Norte
NDICE
INTRODUCCIN....................................................................................................
CAPITULO I...........................................................................................................
Justificacin.......................................................................................................................
Tipo y Naturaleza del Trabajo...........................................................................................
Caractersticas y Funciones Esenciales.............................................................................
CAPITULO II..............................................................................................................................
Procesos del Trabajo
Sub-Tema 1.0 Descripcin del Equipo de Bombeo Mecnico..............................
1.1 Equipo Superficial de Bombeo Mecnico..................................... 1.2 El Motor Principal.......................................................................... 1.3 Conexiones Superficiales............................................................... 1.4 Partes Principales........................................................................... 1.5 Bomba Subsuperficial de Bombeo................................................. 1.6 Sarta de Varillas de Succin.......................................................... 1.7 Tubera de Produccin y Accesorios para Bombeo Mecnico......
Sub-Tema 2.0 Conceptos Fundamentales para la Seleccin de Unidades
de Bombeo Mecnico........................................................
2.1 Principio de Flotacin o de Arqumedes........................................ 2.2 Patrn Tpico de Cargas en la Varilla Pulida durante el Ciclo de
Bombeo .........................................................................................
2.3 Divisin de Trabajo en un Sistema de Produccin Artificial........ 2.4 Geometra de las Unidades de Bombeo Mecnico........................ 2.5 Aceleracin en la Varilla Pulida.................................................... 2.6 Movimiento Bsico de Bombeo en un Sistema no Elstico
Simple............................................................................................
2.7 Contrabalanceo de la Unidad de Bombeo Mecnico..................... 2.8 Torsin........................................................................................... 2.9 Factores de Torsin........................................................................ 2.10 Movimiento Armnico Simple......................................................
Sub-Tema 3.0 Clculos para la Seleccin del Tamao de la Bomba,
Diseo de la Sarta de Varillas y Carrera Efectiva del
mbolo.............................................................................
3.1 Seleccin del Tamao de la Bomba...............................................
1
2
3
5
6
7
8
8
16
23
25
34
40
45
49
49
50
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53
68
69
70
74
77
86
90
90
3.2 Ejemplos para la Seleccin del Tamao de la Bomba................... 3.3 Diseo de la Sarta de Varillas........................................................ 3.4 Factores que Contribuyen a Formar la Carga Total en la Varilla
Pulida.............................................................................................
3.5 Carrera Efectiva del mbolo.......................................................... 3.6 Potencia de Arranque Necesaria....................................................
Sub-Tema 4.0 Mtodos Empleados en la Seleccin de Unidades de
Bombeo Mecnico.............................................................
4.1 Mtodo Craft-Holden..................................................................... 4.2 Ejemplos de Aplicacin................................................................. 4.3 Mtodo API-RP-11 L..................................................................... 4.4 Ejemplos de Aplicacin.................................................................
Costos...............................................................................................................................
CAPITULO III............................................................................................................................
.
Aportaciones o Contribuciones al Desarrollo.................................................................
BIBLIOGRAFA
ANEXOS
APENDICES
91
95
96
108
117
125
125
138
160
166
196
202
203
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIN
1
INTRODUCCIN
Este trabajo ha sido elaborado para las personas interesadas en la seleccin
de las Unidades de Bombeo Mecnico, su contenido se ha diseado para que sea
entendible y prctico. Sus objetivos son proporcionar el conocimiento acerca de
los factores que intervienen y deben tomarse en cuenta en la seleccin de Unidades
de Bombeo Mecnico de un pozo y despejar las dudas de cmo y por qu se
instalan diferentes tipos de unidades de Bombeo Mecnico en los pozos.
Existen conceptos que se deben conocer para seleccionar Unidades de
Bombeo Mecnico, tales como: patrn tpico de cargas en la varilla pulida durante
el ciclo de bombeo, geometra de las unidades de bombeo mecnico, aceleracin en
la varilla pulida, contrabalanceo de la unidad de bombeo mecnico, torsin,
factores de torsin, principio de flotacin o de Arqumedes y el movimiento
armnico simple.
Dentro de los diseos de instalaciones de Bombeo Mecnico existen dos
mtodos que se aplican en el Activo de Produccin Poza Rica, stos son e l mtodo
Craft-Holden y el API-RP-11L; el primero se efecta en menor porcentaje, el
segundo, es el que ms se aplica, ya que ste en comparacin con el mtodo Craft -
Holden da ms tolerancia en el clculo de la torsin que puede soportar el reductor
de engranes de las Unidades de Bombeo Mecnico. Estos mtodos se presentan en
este trabajo con ejemplos de aplicacin, sintetizando el procedimiento de cada uno
y utilizando las tablas de los anexos para hacer ms sencillo el procedimiento de
seleccin de Unidades Bombeo Mecnico en un pozo.
El contenido de este trabajo se aplicar en la prctica de campo, de tal
manera que se podrn calcular las emboladas necesarias y la carrera exacta en las
unidades de bombeo mecnico, as como el espaciamiento adecuado entr e la
vlvula viajera y vlvula de pie para evitar el candado de gas en el interior de la
bomba, reflejndose todo esto en una eficiencia ms alta, un punto ptimo de
operacin y una produccin mayor del pozo.
CAPTULO I
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIN
3
JUSTIFICACIN
El sistema artificial de explotacin de bombeo mecnico se aplica en los pozos que
no tienen la energa suficiente para elevar los hidrocarburos a la superficie por s solos, este
sistema, ayuda a continuar con la explotacin del pozo hasta su ltima etapa como
productor.
Este sistema se implant en el Activo de Produccin Poza Rica de PEMEX regin
Norte desde el ao de 1957, y en forma masiva en la dcada de los 90s por la necesidad de eliminar los gasoductos de alta presin que atravesaban la zona urbana, ya que stos
formaban un peligro para la sociedad. Por este motivo se utilizaron las Unidades de
Bombeo Mecnico, ya que proporcionan un bajo costo con respecto a otros sistemas de
explotacin artificial y principalmente, eliminan el peligro latente de los gasoductos de alta
presin que atraviesan la zona urbana.
El uso frecuente de las Unidades de Bombeo Mecnico en los diferentes pozos con
este sistema, hicieron que se fueran adquiriendo conocimientos bsicos sobre su operacin,
dados principalmente por la prctica, pero existe la falta de informacin de porqu se
instala una Unidad de Bombeo Mecnico, ya que existen en la actualidad diferentes tipos y
cuales son los datos principales que deben tomarse en cuenta para la seleccin de unidades.
Adems, esta falta de informacin hace que en ocasiones lleguen a cambiarse las
condiciones de operacin en la unidad.
El presente trabajo presenta los parmetros que se deben tomar en cuenta para la
seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico, as como los clculos necesarios para
seleccionar adecuadamente el tipo de unidad que debe tener el pozo, para obtener una
operacin correcta y sin esfuerzos en el reductor de engranes de la Unidad de Bombeo
Mecnico; al final de la lectura, se comprender los motivos de instalar unidades con
diferente tamao y tipo.
El trabajo est organizado en tres captulos. En el captulo uno se presenta la
justificacin, tipo y naturaleza del trabajo, as como sus caractersticas y funciones
esenciales.
El captulo dos se subdivide en cuatro sub-temas que son los siguientes:
Sub-tema uno: Descripcin del Equipo de Bombeo Mecnico.
En este subtema, se describe el sistema artificial de explotacin de Bombeo Mecnico, el
cual tiene como objetivo principal, elevar los fluidos aportados por un pozo petrolero. El
Sistema de Bombeo Mecnico debe ser resistente, de larga vida, eficiente, fcil y barato de
transportar; silencioso, no contaminante, seguro de instalar y de operar, tambin se
describen las partes esenciales del sistema de bombeo mecnico son:
1) El equipo superficial de bombeo (Unidad de Bombeo Mecnico) y las conexiones superficiales.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIN
4
2) El motor principal. 3) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios. 4) La sarta de varillas de succin. 5) La tubera de produccin (T.P.) y accesorios para bombeo mecnico.
Finalmente, se mencionan las funciones de cada componente del sistema.
Sub-tema dos: Conceptos Fundamentales para la Seleccin de Unidades de Bombeo
Mecnico.
En este subtema se exponen y analizan los conceptos fundamentales que se
aplican en la seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico tales como:
Principio de Flotacin o de Arqumedes
Patrn tpico de cargas en la varilla pulida
D i v i s in d e l t rabaj o en u n s i s t ema de exp l o ta c i n a r t i f i c i a l
Geometra de las Unidades de Bombeo Mecnico
Aceleracin en la varilla pulida
Torsin
Sub-tema tres: Clculos para la Seleccin del Tamao de la Bomba, Diseo de la Sarta
de Varillas y Carrera Efectiva del mbolo.
En este subtema se presenta una metodologa para calcular el tamao de la
bomba, disear la sarta de varillas y la carrera efectiva del mbolo. Posteriormente,
esta metodologa se aplica a ejemplos reales.
Sub-tema cuatro: Mtodos Empleados en la Seleccin de Unidades de Bombeo
Mecnico.
En este subtema se consideran dos mtodos para seleccionar la unidad adecuada,
de acuerdo con las caractersticas que tiene el pozo como son: profundidad,
varillas, dimetro del mbolo, carga mxima y carga mnima en la varilla pulida,
dimetro de la tubera de produccin, carrera en la unidad de bombeo mecnico,
densidad relativa del fluido, profundidad de la bomba y profundidad del nivel
dinmico.
Adems se presenta un anlisis de costos de las Unidades de Bombeo Mecnico.
En el captulo tres se presentan las contribuciones o aportaciones al desarrollo, que
es la siguiente: Gua rpida para la seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico segn el
mtodo API-RP 11L.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIN
5
TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO
El presente trabajo prctico tcnico que tiene como ttulo Manual de Seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico en el Activo de Produccin Poza Rica Regin Norte, encuentra relevancia en el mbito del Activo de Produccin Poza Rica, ya que sirve de
apoyo a operadores y dems personal relacionado con las Unidades de Bombeo Mecnico.
En este trabajo se hace una descripcin de los diferentes equipos, de los parmetros
importantes que deben controlarse para una ptima operacin de las unidades. As mismo,
se presentan una serie de procedimientos y ejemplos de clculo que posteriormente se
emplearn para seleccionar conforme las condiciones del pozo, la Unidad de Bombeo
Mecnico adecuada. Finalmente se presentan metodologas de clculo para realizar la
seleccin de la Unidad de Bombeo Mecnico.
A diferencia del sistema artificial de explotacin de bombeo neumtico, el sistema
artificial de bombeo mecnico en el Activo de produccin Poza Rica es de menor
peligrosidad para la poblacin y para el entorno ecolgico, es por ello que se empezaron a
utilizar las Unidades de Bombeo Mecnico, adems de que representan un bajo costo de
mantenimiento y de operacin.
Las Unidades de Bombeo Mecnico son operadas por un motor primario, el cual
proporciona movimiento a las bandas de la polea del reductor de engranes y este a su vez, a
un conjunto de bielas y manivelas las cuales proporcionan un movimiento reciprocante al
balancn de la unidad. El movimiento reciprocante hace que la unidad extraiga la sarta de
varillas que tiene el pozo de acuerdo con la longitud de carrera que tiene la unidad, adems
de operar la bomba de insercin que se encuentra en el fondo del pozo.
La funcin de efectuar el movimiento reciprocante a una sarta de varillas acopladas
a una bomba, es que los hidrocarburos contenidos en el fondo del pozo, se puedan elevar a
la superficie con la ayuda de otro sistema de explotacin artificial, a travs de una tubera
de produccin que se encuentra hasta al superficie, y despus conducirla por lneas hasta la
siguiente etapa, que es la separacin.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA INTRODUCCIN
6
CARACTERSTICAS Y FUNCIONES ESCENCIALES
El presente trabajo tiene como caracterstica ser un trabajo prctico tcnico de
consulta y gua para el estudiante de la carrera de Ingeniera Mecnica Elctrica, el
operador de Unidades de Bombeo Mecnico y dems personal interesado en esta campo, ya
que al entrar en materia podr obtener informacin clara de lo que es una Unidad de
Bombeo Mecnico, su funcionamiento y seleccin.
La funcin esencial del presente trabajo prctico tcnico es cumplir con los
siguientes objetivos:
Describir detalladamente los diferentes tipos de Unidades de Bombeo Mecnico.
Describir el funcionamiento y aplicacin de los diferentes tipos de Unidades de Bombeo Mecnico.
Proporcionar un conocimiento elemental de los conceptos y principios fundamentales aplicables a la seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico.
Describir los clculos necesarios para seleccionar el tamao de la bomba, el diseo de la sarta de varillas y la carrera efectiva del mbolo.
Describir los mtodos empleados en la seleccin de las Unidades de Bombeo Mecnico, analizarlos y seleccionar el ms recomendable.
Desarrollar una gua rpida para la seleccin de Unidades de Bombeo Mecnico.
Presentar un anlisis de costos del equipo segn se adquiera nuevo, se repare o se rente. Excluyendo costos por mano de obra.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
196
COSTOS
Con la finalidad de efectuar un anlisis de costos de los accesorios para la explotacin
del sistema artificial de Bombeo Mecnico, se enlistan los accesorios y cada uno de los
precios unitarios, necesarios para la operacin de una Unidad de Bombeo Mecnico.
Descripcin Unida
d
Precio
Unitario
Bomba Sub-superficial marca Trico de 1 a 2 , tolerancia entre barril y pistn de 0.003, equipada con barril de acero recubierto de cromo en su dimetro interior, de pared gruesa con
vlvulas de Carburo de Tugsteno, diseo especial con doble anclaje,
inferior mecnico y superior de tres copas de material plstico,
vlvula Top-Ring para evitar candado de gas, accesorios de acero endurecido para uso en ambiente con presencia de CO2 y H2S,
incluyendo zapata candado, niple sello y tres juegos de copas extras.
Pieza $49,571.44
Varilla de succin marca Trico o calidad igual o superior API clase
D con cople liso de x 25 pies de longitud. Pieza $486.40
Varilla de succin marca Trico o calidad igual o superior API clase
D con cople liso de 7/8 x 25 pies de longitud. Pieza $612.71
Varilla de succin marca Trico o calidad igual o superior API clase
D con cople liso de 1 x 25 pies de longitud. Pieza $887.70
Varilla pulida marca Trico o calidad igual o superior, de acero de
aleacin, carbn, manganeso, cromo molibdeno con acabado espejo
aproximado de 8 a 32 micrones de acuerdo a especificaciones API
con capacidad de 95,000 a 160,000 lbs de carga a la tensin de 1
x 22 pies.
Pieza $9,364.45
Mordaza para varilla pulida de 1 con 3 orificios serie 10 de 40,000 lbs de carga.
Pieza $1,222.58
Cople combinacin API para varillas de succin de a 7/8 marca Trico
Pieza $379.59
Cople combinacin API para varillas de succin de 7/8 a 1
marca Trico Pieza $533.29
Brida colgadora marca Wellhead Inc. Modelo W2F, 3M 7 1/16 ,
ranura para junta de acero RTJ-45, rosca macho de 3 ext. x 2
y rosca caja para colgar tubera de 2 7/8 segn designacin API,
incluyendo 12 esprragos de 1 1/8 diam x 9 long., 24 tuercas y una junta de acero R-45.
Pieza $11,851.20
Preventor de doble empaque marca DOBLE E para varilla pulida
de 1 , modelo LP-15, incluyendo 5 juegos de empaques. Pieza $7,412.82
Estopero preventor marca KVF o calidad igual o superior para la
varilla pulida de 1 , 3 , incluyendo 5 juegos de empaques.
Pieza $3,780.32
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
197
Tee roscada marca KVF calidad igual o superior, acero al carbn de 3,000 lbs/plg2 de 3x3x2 con tapn ciego
Pieza $1,594.66
Niple de 3 marca Capitol, calidad igual o superior, 6 longitud roscado en ambos extremos, acero al carbn de 3,000 lbs/plg
2.
Pieza $172.48
Cople de 3 marca Trico, calidad igual o superior, de acero al carbn de 3,000 lbs/plg
2.
Pieza $532.38
Unidad de Bombeo Mecnico Pieza $1500,000
Con las siguientes caractersticas de un pozo, y utilizando el mtodo de seleccin de
Unidades de Bombeo Mecnico API, se efectuar el anlisis de costos para la instalacin de
los accesorios nuevos para el sistema Artificial de Explotacin de Bombeo Mecnico.
Datos:
D = 2 dtp = 2
7/8
LT = 6000 pies
dr = 1, 7/8 y
H = 6000 pies
N = 13 spm
S = 168 plg
q = 350 BPD
G = 0.870
Consultando la tabla 3 del anexo A, se tiene que para un dimetro de mbolo de 2 y
una sarta compuesta por varillas de 1 , 7/8 y , corresponde una varilla No. 86 con los siguientes porcentajes para cada seccin:
R1 = 32.8 %
R2 = 33.2 %
R3 = 33.9 %
Entonces:
Li = (Ri/100) x LT i = 1, 2, 3 .... n
L1 = (32.8/100) x (6000) = 1968 pies de varilla de 1
L2 = (33.2/100) x (6000) = 1992 pies de varilla de 7/8
L3 = (33.9/100) x (6000) = 2034 pies de varilla de
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
198
Como cada una de las varillas de succin miden 25 pies de longitud, se tendr que
dividir la longitud de la primera seccin entre la longitud de cada varilla, de la misma
manera se har con las otras dos secciones de varillas. Con ello sabr cuantas varillas
necesitar de cada dimetro para satisfacer las condiciones de profundidad total de la sarta
de varillas
L1 = 1968 25 = 78.72, por aproximacin se emplearn 79 varillas de 1
L2 = 1992 25 = 79.68, por aproximacin se emplearn 79 varillas de 7/8
L3 = 2034 25 = 81.32, por aproximacin se emplearn 82 varillas de
De acuerdo con la tabla de los precios unitarios se tiene que:
No de Varillas Precio Unitario Total
79 $887.70 $70,128.3
79 $612.71 $48,404.09
82 $786.70 $64,509.4
GRAN TOTAL $183,041.79
Para unir las varillas de un dimetro inferior a uno superior, se utilizan coples
adaptadores, en este caso se utilizarn dos coples adaptadores, uno de a 7/8 y otro de 7/8 a 1.
Cople combinacin Precio Unitario Total
a 7/8 $379.50 $379.50 7/8 a 1 $533.29 $533.29
GRAN TOTAL $912.79
La bomba de insercin de 2 con los accesorios tiene un precio de:
$49,571.44
La varilla pulida tiene un precio unitario de:
$9,364.45
La mordaza con la cual se sujeta la varilla pulida con una capacidad de carga de
40,000 lbs/plg2 tiene un precio de:
$1,222.58
La brida colgadora marca Wellhead Inc. 7 1/16 , rosca macho de 3 ext. x 2
y rosca caja para colgar tubera de 2 7/8 y una junta de acero R-45 tiene un precio
unitario de:
$11,851.20
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
199
El Preventor de doble empaque marca DOBLE E para varilla pulida de 1 , modelo LP-15 tiene un precio de:
$7,412.82
Estopero preventor de 3 , para varilla pulida de 1 , tiene un precio unitario de:
$3,780.32
La Unidad de Bombeo Mecnico marca Lufkin tipo Convencional tiene un precio
unitario de:
$1500,000.00
La utilizacin de accesorios nuevos para un sistema artificial de explotacin de
Bombeo Mecnico, tiene los siguientes valores:
Varillas $183,041.79
Coples combinacin $912.79
Bomba de insercin $49,571.44
Varilla pulida $9,364.45
Mordaza $1,222.58
Brida colgadora $11,851.20
Preventor $7,412.82
Estopero preventor $3,780.32
Unidad de Bombeo
Mecnico $1500,000.00
La suma total del acondicionamiento para este sistema de explotacin tiene un gasto
aproximado en accesorios de
GRAN TOTAL $1767,157.39
La produccin bruta del pozo que se instalaron estos accesorios, es de
aproximadamente 40 metros cbicos, con un porcentaje de agua del 12%.
La produccin neta del pozo es de:
P.N. = 40 - (40)(0.12)
P.N. = 35.2 m3
Entonces, la produccin neta en barriles es de:
P.N. = (35.2)(6.2905)
P.N. = 221.42 Barriles
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
200
La cotizacin del dlar actualmente es de 9.74 pesos mexicanos, y el barril de
petrleo es de 22.30 dlares, por lo tanto la produccin diaria del pozo es aproximadamente
de:
1 Barril = 217.20 Pesos Mexicanos
La produccin neta que aporta el pozo tiene un costo diario aproximado de:
(Precio del Barril) (Produccin Neta)
(217.20) (221.42)
$48,092.42
El costo aproximado de extraer el aceite, enviarlo a separacin, almacenarlo, pagar el
consumo de energa elctrica del motor a Comisin Federal de Electricidad y venderlo es
de aproximadamente de:
11 Dlares por cada Barril de aceite
Como el pozo produce 221.42 barriles diarios, entonces:
(11)(9.74) = $107.14
(107.14) (221.42) = $23,722.94
Este es el costo de extraer la produccin de 221.42 barriles diarios, lo que redita en
una ganancia diaria de:
48,092.42 23,722.94 = $24,369.48
Este resultado se tendr que multiplicar por el nmero de das, para conocer en que
tiempo se pagar el equipo, entonces:
($24,369.48) (73 das) = 1778,972.04
Esto quiere decir que los accesorios y el equipo de Bombeo Mecnico se pagarn en
aproximadamente 73 das despus de su intervencin. Despus de los 73 das, el equipo ya
es rentable, es decir, contina pagndose hasta su prximo cambio de accesorios, pagando
nicamente los gastos de extraccin, separacin y venta.
Otro anlisis de costos, se realizar con los accesorios reparados, es decir, nicamente
con el cambio de la sarta de varillas de succin, la varilla pulida y los coples combinacin
de las varillas, los otros accesorios son proporcionados por los talleres donde se hacen la
reparacin de los mecanismos.
El precio de la sarta de varillas es de: $183,041.79
UNIVERSIDAD VERACRUZANA COSTOS
201
Los coples combinacin para la sarta de varillas tienen un precio de: $912.79
La varilla pulida tiene un costo de: $9,364.45
Los Sellos de hule de los preventores doble E tipo LP-15 y del estopero preventor tienen un valor de: $586.88
Estos tres accesorios hacen un total de:
$193,319.03
Estos los nicos gastos de accesorios del sistema de Bombeo Mecnico, por lo que
resulta ms rentable. A continuacin se hace el anlisis para saber en que tiempo se pagan
estos accesorios:
La produccin neta del pozo es de 221.42 Barriles por da, por esta produccin se
obtienen $48,092.42 diarios. Adems, por extraer un barril de petrleo crudo, separarlo,
almacenarlo, pagar a Comisin Federal de Electricidad la energa consumida por el motor
elctrico que opera la unidad de Bombeo Mecnico, y comercializarlo tiene un costo de 11
dlares ($107.14). Multiplicando esta cantidad por el nmero de barriles que produce el
pozo se tiene que:
(107.14) (221.42) = $23,722.94
Esta cantidad es el costo de producir 221.42 barriles diarios. Entonces la ganancia es
aproximadamente de:
48,092.42 23,722.94 = $24,369.48
Este resultado se tendr que multiplicar por le nmero de das, para conocer en que
tiempo se pagar el equipo, entonces:
(24,369.48) (8 das) = $194,955.84
Por lo que los accesorios se pagarn en ocho das, despus de los ocho das la
ganancia diaria ser de: $24,369.48
La utilizacin de accesorios reparados es ms econmica como se observa en el
anlisis de costos, aunque pueden causar anomalas indeseables en el sistema, por ello es
recomendable la utilizacin de accesorios nuevos, ya que ellos proporcionan una mayor
seguridad a situaciones imprevistas por ejemplo: ruptura de la sarta de varillas o de la
varilla pulida, provocando fuga de hidrocarburos a la atmsfera, adems de volver a
intervenir el pozo y hacer cambio de los accesorios daados. Otra importancia son los
mecanismos de seguridad como son los preventores y estoperos preventores que tienen la
funcin de aislar la presin interna del pozo cuando se requiera. El preventor ms seguro es
el doble E LP-15, ya que cierra hermticamente los sellos de hule an sin varilla.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPTULO II
CAPITULO II
UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAPTULO II
8
1.0 DESCRIPCIN DEL EQUIPO DE BOMBEO MECNICO
El Sistema artificial de explotacin de Bombeo Mecnico tiene como
objetivo elevar los fluidos a la superficie cuando el pozo ha dejado de fluir por l a
presin natural de yacimiento. Partiendo desde el nivel dinmico y un nivel neto
del pozo, se efectuarn los clculos necesarios para el diseo de la instalacin con
un mnimo de:
Torsin.
Carga en la varilla pulida.
Rango de cargas en las varillas.
Requerimientos de potencia del motor principal.
Costos de combustible o energa.
Costo de mantenimiento de la unidad.
Roturas de varillas.
Produccin diferida por rotura de varillas o por reparacin y mantenimiento de la unidad.
Costo de instalacin.
Costo inicial.
Adicionalmente, el Sistema de Bombeo Mecnico debe ser resistente, de
larga vida, eficiente, fcil y barato de transportar; silencioso, no contaminante, y
seguro de instalar y de operar.
Las partes esenciales del sistema de bombeo mecnico son:
1) El equipo superficial de bombeo (U.B.M.) y las conexiones superficiales. 2) La bomba subsuperficial impulsada por varillas y sus accesorios. 3) La sarta de varillas de succin. 4) La tubera de produccin (T.P.) y accesorios para bombeo mecnico.
1.1 EQUIPO SUPERFICIAL DE BOMBEO MECNICO
Su funcin es transferir energa del motor principal a la sarta de varillas de
succin a travs de la Unidad de Bombeo Mecnico para hacer esto, el equipo debe
cambiar el movimiento rotatorio del motor principal, a un movimiento reciprocante
en las varillas de succin y debe reducir la velocidad del motor principal a una
velocidad adecuada de bombeo. La reduccin de velocidad se logra en el reductor
de engranes, y al resto del equipo concierne el cambio de movimiento rotatorio en
reciprocante.
La unin directa entre la sarta de varillas de succin y el equipo superficial,
es la varilla pulida. La varilla pulida est disponible en tres tamaos y para
cualquier instalacin en particular, ese tamao depende del dimetro de la tube ra
de produccin y del dimetro de las varillas de succin en la parte superior de la
sarta la varilla pulida pasa a travs de un estopero y el fluido que ha sido elevado
UNIVERSIDAD VERACRUZANA SUB-TEMA I
9
pasa a travs de una conexin tipo T hacia las conexiones superficiales y stas a su vez a una lnea de descarga hasta la batera de separacin.
La varilla pulida va unida al cable colgador a travs de una mordaza que
sujeta a la misma despus de recuperar el peso de la sarta de varillas, procurando
darle el espaciamiento mnimo entre la vlvula viajera y vlvula de pie para evitar
que la bomba succione gas y a la vez no golpee la vlvula gua con el conector
(que no se escuche golpeteo en la superficie).
El peso de la sarta de varillas, del fluido y las tensiones y fricciones en la
misma, son soportadas por la mordaza que aprieta a la varilla pulida. Esta mordaza
recarga sobre el elevador, que es sostenido por el cable colgador. El cable colgador
va sujeto a la cabeza de caballo colocado en el extremo del balancn. El diseo
apropiado de estos componentes, la nivelacin y la alineacin de la U.B.M. con
respecto al rbol del pozo, aseguran el viaje vertical de la varilla pulida a travs
del estopero, reduciendo el desgaste de los hules, manteniendo un buen sello y
evitando fugas de fluido en la superficie.
El poste Sampson sostiene al balancn en cierto punto de ste, dependiendo
de la geometra de la Unidad de Bombeo Mecnico, el movimiento del balancn se
transmite por medio de la biela, la cual recibe el movimiento de la manivel a; la
distancia de la flecha del reductor al cojinete de la biela (mun), define la
longitud de carrera de la varilla pulida. La mayora de las unidades tiene tres
orificios para el mun en el Activo de Produccin Poza Rica (algunas cuentan con
cuatro) y se definen como carrera mnima, intermedia y mxima, con su respectiva
medida de longitud en pulgadas, excepto en la unidad hidroneumtica Tieben, sin
embargo, el objetivo es el mismo. Los tipos de unidades con que cuenta el Activo
Produccin Poza Rica son:
a) Unidad Convencional
En la Unidad de Bombeo Mecnico convencional, la cual se muestra en la
figura 1 su balanceo es a travs de contrapesos y su rotacin (vista del lado
izquierdo de la unidad), es en contra del sentido de las manecillas del reloj; pu ede
operar en sentido contrario, ya que la rotacin de los dos lados d lubricacin a los
engranes del reductor pero no es correcto, ya que debe tener el mismo sentido de
giro del motor elctrico.
b) Unidad Mark II
En la Unidad de Bombeo Mecnico Mark II, la cual se muestra en la figura 3
su balanceo es a travs de contrapesos y su rotacin (vista del lado izquierdo de la
unidad), es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricacin en
el reductor es exclusivamente para esta rotacin. No debe operar en rotacin contraria
porque daara considerablemente el reductor.
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c) Unidad Aerobalanceada
En la Unidad de Bombeo Mecnico aerobalanceada, la cual se muestra en la
figura 2 el balanceo es a travs de aire suministrado por un motocompresor hac ia
un cilindro amortiguador. El motocompresor se calibra a un paro y a un arranque
automtico, dependiendo del peso de la sarta de varillas para que el motor
principal opere sin esfuerzos. Su rotacin y el sistema de lubricacin del reductor
es igual al de la unidad convencional.
Las partes principales de la unidad aerobalanceada son iguales a las de las
unidades Mark II y Convencional, excepto el motocompresor y el cilindro
amortiguador que son partes exclusivas de la unidad aerobalanceada.
d) Unidad Hidroneumtica Tieben
La Unidad Tieben (ver figuras 4 y 5) se compone de dos sistemas bsicos:
Sistema Hidrulico.- Consta de un Cilindro Hidrulico de efecto doble (1), una Vlvula de Control Direccional de cuatro vas (2) y una Bomba Maestra de
Engranes (3). Este sistema proporciona el movimiento necesario, ascendente y
descendente, para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial (ver figura 5).
Sistema de Balanceo Hidroneumtico.- Consta de un Cilindro Hidrulico de efecto simple (4), un paquete de Tanques de Nitrgeno (6), un Cilindro
Hidroneumtico de efecto doble (5) (acumulador), y una Bomba Auxiliar de
Engranajes (7) ver figura 5. Este balanceo funciona en base a dos magnitudes:
una constante y otra variable.
La Constante.- Es la cantidad de fluido hidrulico necesario para ocupar la mitad de los dos cilindros, por debajo de cada mbolo y el tubo que los
comunica: 5 galones en unidades de 60 de Carrera, 10 galones en unidades de 120 y 15 galones en las de 180.
La Variable.- Es la cantidad de nitrgeno que se aplica a los tanques y a la parte superior del acumulador, la cual ser proporcional al peso de la sarta de
varillas de succin, junto con la columna de crudo. Este sistema equivale a los
contrapesos de las unidades convencionales y Mark II, y al cilindro neumtico
de las unidades aerobalanceadas.
La presin del nitrgeno sobre la parte superior del mbolo del acumulador
equivale al peso de la sarta. El sistema hidrulico descrito al principio, se encarga
de romper este equilibrio en uno y otro sentido alternativamente, o sea, en la
carrera ascendente y en la descendente.
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FIG.1 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO
CONVENCIONAL
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FIG.2 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO
AEROBALANCEADA
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FIG.3 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO
MARK II
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FIG.4 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO
HIDRONEUMTICA (TIEBEN)
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FIG.5 UNIDAD DE BOMBEO MECNICO
HIDRONEUMTICA (TIEBEN)
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1.2 EL MOTOR PRINCIPAL
La funcin del motor principal es proporcionar a la instalacin energa
mecnica que eventualmente ser transmitida a la bomba y usada para elevar el
fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe, por supuesto,
tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado desde el nivel de
trabajo del fluido en el pozo. El motor principal puede ser una mquina de
combustin interna (gas natural o diesel) o puede ser un motor elctrico.
La seleccin del tipo de motor principal depende de los recursos locales, del
suministro y costo del combustible (diesel, gas natural) o energa elctrica, de la
capacidad para el mantenimiento y de la existencia de personal experimentado.
El uso de motores elctricos facilita el anlisis del comportamiento de la
unidad de bombeo en dos aspectos:
1. Permite medir con un ampermetro de gancho, el rango de trabajo y as observar cuando existe una prdida o sobrecarga del peso en la sarta de
varillas sin interferir con la operacin del pozo.
2. Tienen un bajo costo inicial, menor costo de mantenimiento y son ms fciles de ajustar a un sistema automtico.
Por otra parte, las mquinas de gas tienen la ventaja de un control de
velocidad ms flexible y pueden operar en un rango ms amplio de condiciones de
carga. El costo del combustible puede ser inferior al de la energa elctrica, aunque
conforme se incrementan los costos del combustible, esta condicin puede
invertirse.
Cualquier diseo para la instalacin del bombeo mecnico, debe considerar
el comportamiento de todos los elementos del sistema y las interacciones entre
ellos. Sin embargo, an existen aspectos de ingeniera de este sistema de
produccin artificial que no han sido resueltos satisfactoriamente, por lo que es
necesario comprender el proceso de bombeo, debido a la tendencia de bombear
pozos cada vez ms profundos.
Motores de Combustin Interna y Elctricos
a) Motores de combustin interna
Se llama motor de combustin interna a todo motor en el cual la materia que
trabaja es producto de la combustin del aire y del combustible; esta combustin
generalmente se lleva a cabo en el cilindro de trabajo.
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Entre los motores de combustin interna, se tienen:
1. Motores diesel o motores por compresin. 2. Motores de gasolina o motores de explosin por chispa.
1. Motores Diesel o Motores por Compresin
Se llama motor diesel a todo motor de combustin interna en el cual el
combustible se inyecta cuando la compresin est a punto de terminarse, y el
combustible entra en ignicin, nicamente debido al calor producido por la
compresin del aire carburante. En este tipo de motores slo se aspira aire
inicialmente y se comprime unas 16 veces su volumen inicial, quedando, por lo
tanto, contenido en muy poco espacio. Al hallarse de esta forma comprimido, el
aire aumenta mucho su densidad, as como su presin y temperatura, llegando a
alcanzar valores de 600 C. Al final de esta compresin, cuando el cilindro est
aproximadamente en el punto muerto superior, se inyecta dentro del cilindro un
combustible pesado que puede ser aceite crudo, residuos de refinera o aceites
destilados, el cual, al entrar en contacto con el aire muy caliente que se halla
comprimido, produce la combustin, quemndose las partculas de combustible a
medida que van entrando en la cmara. Al mismo tiempo que esto ocurre, el
mbolo se va moviendo, aumentando el volumen de la cmara de combustin.
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FIG.6 MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA
A DIESEL
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FIG.7 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA
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2. Motor de Gasolina o Motor de Explosin por Chispa
En este tipo de motores se aspira una mezcla de airecarburante, la cual
reduce aproximadamente 6 veces su volumen inicial. Los motores de combustin
interna (por efectuarse la combustin dentro del mismo motor) o de explosin
aprovechan la expansin de los gases producidos por la combustin viva de una
mezcla carburante, en la cmara de combustin del cilindro; los gases empujan un
mbolo y ste es convertido en movimiento giratorio del cigeal, por medio de
una biela. Pueden funcionar con arreglos a ciclos de cuatro o de dos tiempos, en el
primer caso, los ciclos se suceden como sigue:
Admisin.- el mbolo, arrastrado por el cigeal, baja y aspira en el cilindro
la mezcla carburante procedente del carburador.
Compresin.- el cigeal hace subir el mbolo, el cual comprime
fuertemente la mezcla carburante en la cmara de combustin.
Explosin.- la chispa que salta entre los electrodos de la buja inflama la
mezcla, producindose una violenta dilatacin de los gases de combustin que
empujan el mbolo, en la cual el mbolo produce trabajo y arrastra el cigeal.
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Escape.- el mbolo vuelve a subir y expulsa los gases de la combustin.
La apertura de las vlvulas de admisin y de escape, as como la produccin
de la chispa en la cmara de combustin, se obtiene mediante mecanismos
sincronizados con el cigeal.
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FIG.8 MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA
A GASOLINA
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FIG.9 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA A
GASOLINA
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b) Motor Elctrico
Es una mquina que convierte la energa elctrica en movimiento rotatorio o
energa mecnica, con objeto de que efecte un trabajo til. Los motores
elementales funcionan a base de interaccin de dos campos magnticos: uno se
produce alrededor de un conductor que lleva corriente y otro es un campo
magntico fijo. Un motor comn produce movimiento rotatorio continuo. Esto lo
hace originando una fuerza de giro o par, sobre un conductor que lleva corriente, al
cual se le ha dado forma de espiral. Cuanto mayor sea el par, ms trabajo til
puede desempear el motor. Entre los motores elctricos se tienen:
1. Motor de corriente continua. 2. Motor de induccin de corriente alterna. 3. Motor de velocidad variable.
MOTORES ELCTRICOS
1. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
Los campos magnticos en estos motores son producidos por devanados
estacionarios llamado estator y por devanados rotatorios en el ncleo del rotor. El
circuito de un extremo a otro de los devanados del inducido en el motor tpico de
corriente continua, se completa mediante escobillas de carbn estacionarias. Las
escobillas estn en contacto con los segmentos del colector, que se conectan en los
devanados del rotor. Cuando se suministra potencia a la armadura a travs de las
escobillas, tambin se origina un flujo magntico alrededor de la armadura. Este
flujo es el que interacta con el campo magntico donde est suspendida la
armadura para producir el par que hace funcionar el motor.
El principio de funcionamiento del motor de corriente continua (C.C.)
consiste en la circulacin por las bobinas de la armadura o inducido, de una
corriente que hace que este se magnetice generando una atraccin entre los polos
de la armadura y los polos del campo del signo contrario, haciendo girar la
armadura.
Los motores y los dnamos de corriente continua, tienen esencialmente los
mismos componentes y se parecen mucho en su aspecto exterior, la diferencia
radica en que el dnamo de corriente continua, convierte la energa mecnica en
energa elctrica, y el motor de corriente continua convierte energa elctrica en
energa mecnica.
Este tipo de mquinas de corriente continua, tropiezan con ciertas
dificultades por el trabajo de conmutacin que requiere escobi llas, portaescobillas,
carbones, lneas neutras etc.; no as los motores de corriente alterna.
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2. MOTOR DE INDUCCIN DE CORRIENTE ALTERNA
Los motores de corriente alterna son los ms empleados debido a su
robustez, simplicidad, ausencia de colector y a las caractersticas de
funcionamiento tan adecuadas para el trabajo a velocidad constante. El motor
funciona basndose en el principio de que, cuando un flujo magntico corta a un
conductor cerrado, se induce corriente en l. Estos reaccionan con el flujo y c rean
una fuerza en la direccin del movimiento del campo magntico, de acuerdo con el
principio de la accin motriz, si gira el flujo y corta a un disco o cilindro
conductor, se desarrolla un par y el disco o cilindro tiende a girar en el mismo
sentido que el flujo al conductor, anulndose las corrientes inducidas y por lo
tanto, el par. Deber pues, haber deslizamiento entre el campo giratorio y el
conductor. En el motor de induccin existe un rgano fino llamado estator y otro
giratorio llamado rotor.
La accin del campo magntico induce corriente en el rotor al atravesar los
conductores de ste, generando un campo magntico que reacciona con el campo
del estator, ejerciendo en el rotor una torsin que lo hace girar. Los tipos de
rotores que se utilizan en los motores de induccin son: el rotor de jaula de ardilla
y el rotor de enbobinado.
En el Activo de Produccin Poza Rica stos son los rotores ms utilizados.
Por su versatilidad, son ideales para trabajar a velocidades constantes determinadas
por la frecuencia de la corriente alterna aplicada a sus terminales pueden disearse
para trabajar con una lnea de corriente alterna monofsica polifsica, no
importando, pues el principio de operacin es el mismo: la corriente alterna
aplicada al motor produce un campo magntico giratorio, el cual a su vez hace
girar al rotor.
En el Activo de Produccin Poza Rica, se utilizan los motores de corriente
alterna para los trabajos en diferentes secciones y departamentos, debido a su
versatilidad, costo y economa.
El motor Econo-Pac II, del cual se hablar, se utiliza para realizar el trabajo
mecnico, mediante un juego de bandas y poleas sincronizadas, alineadas por su
cara interna.
El motor elctrico Econo-Pac II (ver figura 10) es el nico que cuenta con
cuatro pares de arranque, los cuales se utilizan de acuerdo al diseo y condiciones
que se requieran.
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FIG.10 MOTOR ELCTRICO ECONO-PAC II
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El motor elctrico, parte principal de la Unidad de Bombeo Mecnico, se
puede modificar en sus conexiones para realizar el trabajo que se requiera,
aumentando o disminuyendo el amperaje.
Tambin cuenta con un tablero de control para proteger su buen
funcionamiento, con piezas especiales como son: el contactor, relevador,
transformador, timer, tablilla, conexiones, relay sobre corriente con elementos
bimetlicos, los cuales se abren por el paso excesivo de amperaje protegiendo as
el motor, cuenta en el interior del devanado con termosensores de calor conectados
en serie al mismo tiempo con el tablero.
Se encuentra equipado con dos resistencias precalentadoras, evitando as la
presencia de humedad, estas trabajan cuando el motor se encuentra desenergizado.
3. Motor de Velocidad Variable
Este tipo de motor presenta tres elementos esenciales que accionan juntos para
operar una Unidad de Bonbeo Mecnico., de acuerdo a las necesidades del pozo son:
1. Acoplamiento magntico entre el motor y la flecha motriz de la unidad de fuerza.
2. Controles electrnicos ajustables de velocidad para la carrera ascendente y la carrera descendente de la Unidad de Bombeo Mecnico dentro del mismo ciclo.
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3. Sistema de retroalimentacin que monitorea el motor y sus salidas, ajustndolas para mantener ms eficientes los niveles de operacin.
Por estos elementos, el motor de velocidad variable se operar primero y despus el
embrague, esto permite que la flecha reciba el esfuerzo con una velocidad constante del
motor; posteriormente se le da la velocidad adecuada de bombeo, ya sea en la carrera
ascendente o descendente y aumentando o disminuyendo las emboladas por minuto de
acuerdo a la produccin del pozo.
4. Sistema de retroalimentacin que monitorea el motor y sus salidas, ajustndolas para mantener ms eficientes los niveles de operacin.
1.3 CONEXIONES SUPERFICIALES
Las conexiones superficiales tienen la funcin de conducir los hidrocarburos
producidos por el pozo a la lnea de descarga y por ende, hasta la ba tera de
separacin; todas ellas deben ser para presiones no menores de 1000 lbs/plg2,
elaboradas en tubera de 2 efectuando corte y cuerda a fin de adecuarlas a las longitudes necesarias; debido a que las dimensiones varan de acuerdo a cada
instalacin, generalmente sern elaboradas al momento de ser instaladas en un
pozo de reciente conversin al sistema de bombeo mecnico. Cuando se trate de un
reacondicionamiento se instalarn las mismas conexiones superficiales que tena el
pozo antes de la intervencin con el equipo de terminacin y reparaciones de pozos
Dos accesorios superficiales (varilla pulida y mordaza), tienen la funcin de
transmitir el movimiento alternativo a la sarta de varillas de succin; otros dos
accesorios (Estopero y Preventor) tienen la funcin de dar seguridad, a fin de
evitar derrames de hidrocarburos al medio ambiente y las vlvulas de retencin o
check cuya funcin es dejar pasar los fluidos en una sola direccin, evitando su
regreso al interior del pozo y as en superficie, se complementa el ciclo ideal de
bombeo.
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FIG.11 ESQUEMA DEL RBOL DE
VLVULAS Y CONEXIONES
SUPERFICIALES
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1.4 Partes Principales
Nomenclatura de Accesorios y Conexiones Superficiales
ACCESORIOS
1.- Varilla Pulida de 1 .
2.- Grampa para varilla pulida de 1 con uno, dos o tres tornillos dependiendo la profundidad del pozo.
3.- Estopero, con hules para varilla pulida de 1 y rosca inferior estndar
de 3 macho.
4.- Preventores con roscas de 3 con conexin hembra en un extremo y conexin macho en el otro, roscas v estndar.
CONEXIONES
5.- Tee de 3 , de acero al carbn 3000 lbs/plg2, rosca estndar.
6.- Brida colgadora de 6 de dimetro exterior, rosca macho superior de 3 .
Rosca hembra inferior de 2 7/8 hembra, roscas estndar.
7.- Vlvula lateral de tubera de revestimiento de 2 3000 lbs/plg2 bridada.
8.- Vlvula de 2 1000 lbs/plg2, rosca hembra en los extremos, estndar.
9.- Tee de 2 1000 lbs/plg2, rosca estndar.
10.- Reduccin botella de 2 a , rosca estndar.
11.- Vlvula de aguja de 5000 lbs/plg2, rosca estndar.
12.- Vlvula check de 2 1000 lbs/plg2, rosca estndar.
13.- Codo de 2 1000 lbs/plg2, rosca estndar.
14.- Tuerca unin de golpe 2 1000 lbs/plg2, rosca estndar.
15.- Vlvula de flote de 2 1000 lbs/plg2, bridada o roscada.
16.- Reduccin botella de 3 x 2 rosca estndar.
17.- Niple de 2 para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estndar.
18.- Niple de para 2000 lbs/plg2 de trabajo, rosca estndar.
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FIG.12 RBOL DE VLVULAS Y
CONEXIONES SUPERFICIALES
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Acero forjado y tratado
trmicamente
Probada a 35000 lbs.
Mxima carga
recomendada 25000 lbs
Acero forjado y tratado
trmicamente
Probada a 55000 lbs.
Mxima carga
recomendada 25000 lbs
Acero forjado y tratado
trmicamente
Probada a 75000 lbs.
Mxima carga
recomendada 40000 lbs
MORDAZAS
Este dispositivo, mostardo en la figura 13, sirve para sujetar la varilla pulida
por apriete. Se coloca en forma permanente cuando se le ha dado el espaciamiento
adecuado a la bomba subsuperficial para que la Unidad de Bombeo Mecnico
quede operando en condiciones normales despus de que se efecto una
intervencin a un pozo con el equipo de Reparacin y Terminacin de.Pozos.
Tambin se utiliza para movimientos que se efectan con la sarta de
varillas, ya sea para eliminar un golpe en la bomba subsuperficial, sacar un
registro dinamomtrico o reanclar una bomba. Cuando las mordazas quedan
permanentes se apoyan sobre el elevador o block cargador y junto con el cable
colgador soportan todo el peso de la sarta de varillas y el peso del fluido. Estas
mordazas pueden usar uno, dos o tres tornillos para el apriete, incrementndose la
seguridad con el nmero de los mismos. Es recomendable el uso de mordazas con
menos tornillos para pozos someros, conforme aumenta la profundidad es
preferible la utilizacin de mordazas con mayor nmero de tornillos.
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FIG.13 TIPOS DE MORDAZAS JOHNSON-
FAGG
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VARILLA PULIDA
Es la unin directa entre la sarta de varillas de succin y el equipo
superficial, pasa a travs de las conexiones verticales del rbol. El dimetro
utilizado en el Activo de Produccin Poza Rica es de 1 . Est fabricada en acero aleado al manganeso, nquel y molibdeno. Superficialmente, la varilla pulida
tiene acabado espejo con el propsito de no daar los sellos del estopero fijo al
rbol de vlvulas en el movimiento ascendente y descendente de la Unidad de
Bombeo Mecnico. En la figura 14 se representa una varilla pulida.
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FIG.14 VARILLA PULIDA
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ESTOPERO
Mecanismo de seguridad que se localiza en la parte superior del rbol de
vlvulas para pozos con sistema de bombeo mecnico, sobre la TEE de 3 y cuya funcin principal es la de contener los fluidos para que no se manifiesten a su
exterior por medio de un conjunto de sellos construidos con mate riales resistentes
al rozamiento, los cuales se van a ajustar al dimetro de la varilla pulida de 1 , cuando sta tenga un movimiento ascendente o descendente proporcionado por
la Unidad de Bombeo Mecnico; debido a este movimiento, los sellos sufren
desgaste por lo que es necesario sustituirlos peridicamente y solamente se pueden
cambiar con la Unidad de Bombeo Mecnico inoperante.
En la actualidad se han diseado estoperos provistos de un mecanismo de
preventor con la finalidad de mejorar su funcin dentro de los mecanismos de
seguridad en el rbol de bombeo mecnico. Los estoperos ms utilizados en el
Activo de Produccin Poza Rica son:
Estopero preventor Hrcules DPSB
Estopero preventor Ratigan 176
En las figuras 15 y 16, respectivamente, se muestran estos dos tipos de
estoperos.
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FIG.15 ESTOPERO PREVENTOR HRCULES
DPSB
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Conos selladoresdel estopero
Sellos del preventor
Tornillos delpreventor
Estopero
Preventor
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FIG.16 ESTOPERO PREVENTOR RATIGAN
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PREVENTORES
Son mecanismos de seguridad que han sido diseados para impedir, en caso
necesario, el paso de fluidos al exterior. Slo se pueden accionar cuando la Unidad
de Bombeo Mecnico no est operando, debido a que en su interior tiene unos
sellos de hule llamados Rams, que aprietan a la varilla pulida para sellar y evitan el paso del hidrocarburo.
En el caso del preventor doble E LP-15, los sellos de hule, pueden sellar an sin varilla pulida debido a que tienen un rango de dimetros de 0 a 1 . Los preventores son vitales para cambiar los sellos del estopero colocado en la parte
ms alta del rbol; y para evitar la salida del hidrocarburo a la atmsfera, cuando
por alguna rotura de la varilla pulida sta se precipite al interior del pozo junto con
las sarta de varillas. En este percance el preventor ideal es el doble E LP -15.
Estos mecanismos estn instalados en el rbol de vlvulas para bombeo
mecnico, sobre la brida colgadora. Las marcas de preventores ms utilizadas en el
Activo de Produccin Poza Rica son: doble E LP -15, ratigan 212 y Hubber Hrcules 530. En las figuras 17, 18 y 19, respectivamente, se muestran todos estos
tipos de preventores.
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FIG.17 PREVENTORDOBLE E LP -15
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FIG.18 PREVENTOR RATIGAN 212
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FIG.19 PREVENTOR HRCULES 530
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VLVULAS DE RETENCIN
El objetivo principal de este tipo de vlvulas, comnmente conocidas como
check, es el de permitir el paso de un flujo por una lnea en una sola direccin,
impidiendo as, el regreso del fluido cuando se presenten contrapresiones altas.
Los tipos de vlvulas de retencin son:
De pistn
De charnela
En las figuras 20 y 21, respectivamente, se muestran estos tipos de vlvulas.
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FIG.20 VLVULA DE RETENCIN DE
PISTN
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FIG.21 VLVULA DE RETENCIN DE
CHARNELA
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El Reductor de Engranes
Su funcin es reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de
bombeo adecuada. Es necesario determinar exactamente la probable torsin
mxima a la que estar sujeto el reductor de engranes, ya que el mtodo del
Instituto Americano del Petrleo (API por sus siglas en ingls) usa la torsin
mxima como base para el rango de las unidades de bombeo. La designacin del
Instituto Americano del Petrleo para una unidad es simplemente la torsin
mxima permisible en el reductor de engranes en miles de pulgadas-libras. Por
ejemplo: una unidad normada por el Instituto Americano del Petrleo tamao 114,
tiene un rango de torsin mximo de 114,000 plg-lbs. El Instituto Americano del
Petrleo tiene estandarizados 16 rangos de torsin mxima, que varan desde 6.4
hasta 1824,000 plg-lbs.
La polea del reductor de engranes es el elemento que recibe la potencia del
motor principal a travs de bandas. La relacin del dimetro de la polea del
reductor de engranes al dimetro de la polea del motor, y la reduccin de velocidad
en el reductor de engranes, determinan la reduccin total de velocidad del motor
principal hasta la varilla pulida. Los tamaos disponibles de poleas de la unidad y
el nmero y tipo de bandas que deben usarse, pueden determinarse de las
especificaciones del fabricante de unidades de bombeo.
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34
1.5 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE BOMBEO
Tipos de Bombas
Sus funciones son: admitir el fluido de la formacin al interior de la tubera
de produccin y principalmente elevar el fluido admitido hasta la superficie.
Las bombas subsuperficiales movidas por varillas se dividen en tres tipos:
a) Bombas de tubera de produccin. b) Bombas de insercin. c) Bombas de tubera de revestimiento.
a) BOMBAS DE TUBERA DE PRODUCCIN
Las bombas de tubera de produccin, por ser de un dimetro mayor, pueden
manejar volmenes ms grandes de lquidos que las bombas de insercin, sin
embargo, la carga de fluido sobre la unidad de bombeo no debe ser mayor.
La desventaja de estas bombas estriba en que el barril forma par te de la
misma tubera de produccin, para efectuar alguna reparacin o reposicin de
partes es necesario extraer la tubera de produccin completa; lo que significa una
operacin ms complicada, y por consiguiente, ms costosa.
Un factor importante que debe tomarse en cuenta es el alargamiento de las
varillas por la carga de fluido, lo que se traduce en una disminucin en la carrera
efectiva del mbolo, siendo ms crtica a medida que aumenta la profundidad del
pozo.
Las bombas de tubera de produccin operan mejor en pozos que tienen alto
nivel de fluidos y en donde la verticalidad del mismo haya sido comprobada.
b) BOMBAS DE INSERCIN
Se les denomina bombas de insercin porque el conjunto total de la bomba
(barril, mbolo y vlvula estacionaria) que va conectado en el extremo inferior de
la sarta de varillas se inserta en un niple de asiento (zapata-candado) instalado en
la tubera de produccin. Esto representa una ventaja sobre las bombas de tubera
de produccin, ya que para hacer una reparacin o sustitucin de la bomba no es
necesario extraer la tubera de produccin. La bomba de insercin se desancla y se
extrae con la sarta de varillas. Este tipo de bomba es el que ms se utiliza en el
Activo de Produccin Poza Rica, y se muestra en la figura 22.
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TRABAJO PRCTICO-TCNICO
FIG.22 BOMBA SUBSUPERFICIAL DE
INSERCIN
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CAMISA DE LA BOMBA
NARIZ DE ANCLAJE
VLVULA DE PIE
VLVULA VIAJERA
MBOLO O PISTN
MANDRIL DE COPAS
VLVULA GUA DE LAVARILLA DEL MBOLO
CANDADO CONECTOR
VARILLA DE SUCCIN
COPAS O SELLOS
EXTENSIN SUPERIOR
EXTENSIN INFERIOR
SELLO BABBITT
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36
c) BOMBAS DE TUBERA DE REVESTIMIENTO
Este tipo de bombas son slo una versin ms grande de las bombas de
insercin.
Materiales Utilizados en la Fabricacin de la Bomba
Cualquier bomba subsuperficial, movida por varillas, est constituida de los
siguientes elementos esenciales:
1) Barril de trabajo. 2) mbolo. 3) Vlvulas.
Los costos de produccin de aceite se incrementan notablemente por fallas
frecuentes de la bomba subsuperficial, tanto por los costos de extraccin del
equipo como por la produccin diferida. Por esta razn, es de primordial
importancia que de acuerdo con las condiciones del pozo, se seleccione
correctamente el tipo de bomba por usar, tomando en cuenta las caractersticas de
los materiales utilizados en su fabricacin.
1) BARRIL DE TRABAJO
Materiales utilizados en su construccin
HI-BRIN. Diseo para pozos con alto contenido de arena y gas sulfhdrico. Se fabrica utilizando un proceso de endurecimiento denominado nitrocicle.
NITRELINE. Barril construido para alta resistencia mecnica y alta resistencia a la corrosin. Lleva el mismo proceso de endurecimiento que el anterior
(proceso nitrocicle). Uso general.
HI-HARD. El barril se fabrica con un contenido de cromo del 5% y con el proceso de endurecimiento nitrocicle. Proporciona alta resistencia a la abrasin y a la corrosin por CO2.
KROM-I-DEE. El barril lleva una capa de endurecimiento de cromo proporcionndole alta resistencia a la abrasin y a la corrosin. Se recomienda
usarlo en pozos que producen arena y CO2.
SILVERLINE. Este barril se recomienda usarlo en pozos con fluidos no corrosivos y en donde la arena no sea un problema serio.
2) MBOLO
Existen dos tipos de mbolo: metal a metal o de empaque suave. Los
mbolos metal a metal se fabrican con superficie lisa o ranurada.
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37
Aparentemente no existe ninguna diferencia en utilizar un mbolo de
superficie lisa o de superficie ranurada.
Una posible ventaja del mbolo ranurado sobre el mbolo liso es que una
partcula slida puede alojarse mejor en la ranura del mbolo evitando que se raye.
Un aceite de baja viscosidad (de 1 a 20 cp) puede bombearse con un mbolo
metal a metal y con un ajuste de 0.001 plg.
Un aceite de alta viscosidad (ms de 400 cp) que probablemente lleve arena
en suspensin, puede manejarse con un mbolo metal a metal con un ajuste de 0.005 plg.
Los mbolos con empaquetadura suave pueden ser con copas o con anillos.
En pozos con profundidades mayores de 7000 pies se usan mbolos metal a metal.
Materiales utilizados en su construccin:
CO-HARD. mbolo resistente a la corrosin y a la abrasin.
SUPER HARD. Hierro-nquel. Resistente a la corrosin de H2S.
ACERO CON RECUBRIMIENTO DE CROMO. Altamente resistente a la corrosin por CO2 y a fluidos arenosos.
MBOLOS CON EMPAQUE SUAVE. Son resistentes a la corrosin por CO 2 y H2S. Se recomienda usarlos a profundidades menores de 5000 pies.
MBOLOS DE COPAS. Se recomienda usarlos para bombeo de aceite y agua con bajo contenido de arena. Las copas se expanden en la carrera ascendente
por la diferencia de presin y se contraen en la carrera descendente
disminuyendo la friccin con el barril. La dureza del material, as como el
nmero de copas deben seleccionarse de acuerdo con la profundidad de la
bomba.
MBOLOS DE ANILLOS. Constan de las mismas partes que el mbolo de copas, slo que los anillos son flexibles y los espaciadores son en forma de
L. Los anillos son de hule resistente al aceite.
MBOLO CON COMBINACIN DE COPAS Y ANILLOS. Se recomienda usarlo para la limpieza de pozos sucios o despus de un fracturamiento. Es muy
efectivo para bombear fluidos que contienen granos de arena tan fina que no
pueden ser retenidos por empaques de grava o cedazos.
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MBOLO CON VLVULA SUPERIOR. Se usa en pozos profundos cuyo contenido de gas sea muy bajo.
MBOLO CON VLVULA DE FONDO. Se usa en pozos gaseosos colocando la vlvula viajera lo ms cercano a la vlvula de pie, para evitar el candado de
gas.
MBOLO CON VLVULA EN LA PARTE SUPERIOR Y EL FONDO. Este arreglo combina las ventajas descritas con los dos mbolos anteriores.
3) VLVULAS
a) Vlvula de pie (de entrada).- Su funcin, en el ciclo de bombeo, consiste en admitir los fluidos producidos por el pozo durante la carrera ascendente y evitar
el regreso de los mismos hacia el espacio anular en la carrera descendente.
b) Vlvula viajera (de salida).- Su funcin, en el ciclo de bombeo, consiste en desalojar los fluidos hacia la superficie durante la carrera ascendente y durante
la carrera descendente permitir el paso del fluido alojado en la camisa de la
bomba a travs del mismo al punto muerto inferior, dando inicio a un nuevo
ciclo de bombeo.
Materiales utilizados en su construccin:
La stellita y el carburo de tungsteno son materiales apropiados cuando los fluidos del pozo son altamente corrosivos debido a la presencia de cido
sulfhdrico (H2S) o bixido de carbono (CO2) y cuando se maneja mucha arena,
ya que estos materiales son muy resistentes a la abrasin.
Principio de Funcionamiento de una Bomba Subsuperficial y el Ciclo de
Bombeo
En trminos generales el ciclo de bombeo se desarrolla de la siguiente forma:
Cuando el mbolo inicia su carrera ascendente, se cierra la vlvula viajera
por el peso del aceite sobre sta; la vlvula de pie se abre y da paso al aceite del
pozo, llenando la camisa de la bomba.
Al descender el mbolo, se abre la vlvula viajera y da paso al aceite de la
camisa de la bomba hacia arriba, llenando el interior del mbolo, y cerrando la
vlvula de pie que impide que se regrese el aceite al pozo.
El mbolo es accionado desde la superficie por una Unidad de Bombeo
Mecnico, por medio de la varilla pulida y las varillas de succin, de manera que
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39
al levantar el mbolo desaloja hacia la superficie un volumen de aceite igual al
contenido en la camisa de la bomba, cuyo volumen va a ser igual al producto del
rea de la seccin transversal interior de la camisa, multiplicado por la carrera del
pistn, aproximadamente, ya que siempre se tiene alguna presencia de volumen de
gas en el fluido procedente del yacimiento.
El nmero de emboladas por minuto, depender de los clculos que se hagan
de las condiciones del pozo, tanto en capacidad de produccin como profundidad
del mismo, ya que unas veces estar limitada esa velocidad por la recuperacin del
yacimiento, falta de aceite y otras por la profundidad del pozo.
Ciclo ideal de Bombeo
Este ciclo se representa en la figura 23, y se desarrolla de la siguiente forma:
1. En el Punto A, la vlvula viajera cierra y se inicia la carrera ascendente del pistn.
2. Del Punto A al Punto B la carga de fluido es transferida de la tubera de Tubera de Produccin, a la sarta de varillas de succin.
3. En el Punto B la vlvula estacionaria abre y permite la entrada de fluidos del pozo a la cmara de compresin de la bomba.
4. De punto B al punto C la carga de fluido es elevada por el mbolo, al mismo tiempo que se est llenando la cmara de compresin.
5. En el Punto D se inicia la carrera descendente y cierra la vlvula estacionaria, la vlvula viajera permanece cerrada.
6. En el Punto E, abre la vlvula viajera y la carga es transferida de la sarta de varillas a la tubera de produccin.
7. Del Punto E al punto F, se desplaza el fluido de la cmara de compresin a la Tubera de Produccin.
8. Se repite el ciclo.
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FIG.23 CICLO IDEAL DE BOMBEO
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1.6 SARTA DE VARILLA DE SUCCIN
La funcin de la sarta de varillas de succin es: transmitir el movimiento de
bombeo superficial y la potencia a la bomba subsuperficial. Tambin incluye, si es
necesario, la sarta de tubera de produccin, dentro de la que operan las varillas de
succin, la cual conduce hasta la superficie los fluidos bombeados.
Las varillas de succin disponibles en el mercado son de cinco diferentes
dimetros estndar. Su diseo consiste esencialmente en determinar la sarta ms
ligera, y por lo tanto, la ms econmica, que pueda utilizarse sin exceder el
esfuerzo de trabajo de las propias varillas.
El mximo esfuerzo de trabajo para las varillas depende de su composicin
qumica y propiedades mecnicas, adems de la naturaleza del fluido bombeado, es
decir, si ste es o no corrosivo. Como regla general, es deseable mantener el
esfuerzo de las varillas por debajo de las 30000 lbs/plg2, sin embargo, la
experiencia en diferentes reas productoras puede indicar lmites menores.
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41
Cuando las bombas estn colocadas a profundidades mayores de 3500 pies,
generalmente es recomendable usar sartas telescopiadas, es decir, consistentes en
diferentes dimetros de varillas. Las varillas de dimetro ms pequeo se colocan
en el fondo de la sarta, inmediatamente arriba del mbolo, ya que la carga en las
varillas es ms grande. A profundidades menores de 3500 pies, donde la carga en
las varillas es ms grande, se emplean varillas de dimetros mayores, es to resulta
que la carga en las varillas sea grande, ya que una varilla de mayor dimetro pesa
ms que una de menor dimetro. Este arreglo resulta con una carga ms pequea en
el equipo superficial, que la que se obtendr con una sarta de telescopiada y
representa un ahorro en el costo de las varillas de succin.
Lmite de Inversin de Esfuerzo sobre la Varilla Pulida
Se ha asumido la ley de Hooke para determinar el lmite elstico en las
sartas, esto es para cuando el esfuerzo de tensin aplicado da como resultado la
deformacin (elongacin) de la sarta; el esfuerzo de tensin al cual esta falla
ocurre es cuando el material llega a su lmite elstico.
El lmite elstico no puede ser usado convencionalmente, sin embargo,
puede ser usado como un criterio para establecer el esfuerzo de tensin mximo de
trabajo permisible de la sarta, entonces se repite el ciclo de transmisin de
esfuerzo de cargas en las varillas dando como resultado la fatiga y falla de las
mismas, lo cual ocurre generalmente abajo del lmite elstico.
Podemos considerar el lmite de la duracin, al mximo esfuerzo de tensin
cuando puede ser aplicado para un nmero infinito de cargas o esfuerzos de tensin
de inversin. Sin embargo, se ha determinado el lmite de la duracin de un
material, el cual, obviamente, no puede hacerse para soportar un nmero infinito
de cargas. Para el acero, el lmite de duracin puede ser tomado como un
mximo esfuerzo de tensin, el cual permite 10000,000 (diez millones) de inversiones antes de que falle el material.
El lmite de duracin de la sarta depende de:
Los componentes que presenta el acero (carbn, manganeso, silicn, nquel, cromo y molibdeno).
Los agentes corrosivos que se presentan en los fluidos del pozo (cido sulfhdrico, bixido de carbono, oxgeno).
El rango de esfuerzos de tensin en las varillas.
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Caractersticas del acero de las varillas de succin
El principal componente de la sarta de varillas de succin es el acero.
Muchas varillas contienen arriba del 90% de acero en su composicin, pero esto
les da una consistencia suave y dbil, por lo que es recomendable agregar otros
elementos para proporcionar al acero la fuerza necesaria que debe tener, as como
otras propiedades. Los diferentes materiales que pueden ser agregados para lograr
una cierta aleacin con acero son los siguientes:
Carbn.- Este elemento es agregado para incrementar la fuerza, la dureza y la susceptibilidad para tratamiento con calor, sin embargo, al incrementarse el
contenido de carbn la resistencia a la corrosin, la ductibilidad y el impacto a
la resistencia tienden a decrecer.
Manganeso.- Hace al acero menos quebradizo y acta como un desoxidante para reducir la formacin del xido de acero, el cual tiende a debilitar la
aleacin. Algunas varillas contienen arriba del 1% de manganeso.
Silicn.- Es muy parecido al manganeso, es til como un desoxidante en la refinacin de aceros de alto grado. Algunas varillas contienen alrededor de 0.15
al 0.35% de este elemento.
Nquel.- Es agregado para combatir las condiciones corrosivas encontradas en los pozos de aceite, tambin tienen un efecto de endurecimiento sobre el acero
para evitar la disolucin del fierro.
Vanadio.- Incrementa el endurecimiento del acero an cuando se presente en pequeas cantidades, fomenta una estructura granular buena y retarda el
ablandamiento del acero cuando se somete a altas temperaturas.
Cobre.- Es agregado para resistir los ambientes corrosivos. Los aceros que contienen ms del 0.6% de cobre tienen una tendencia muy pronunciada hacia
el endurecimiento precipitado.
Boro.- Es usado para incrementar el endurecimiento del acero, es muy poderoso y nicamente se agrega en porcentajes del 1%.
Cromo.- Contribuye al endurecimiento del acero y mejora la resistencia a la corrosin del acero en el aire y en otros medio-ambientes, aunque el nquel es
ms efectivo.
Molibdeno.- Es uno de los agentes ms potentes que se agrega como elemento de aleacin, aunque no es tan efectivo como el carbn, es un refuerzo en la
sarta de varillas para evitar su respuesta al tratamiento con el calor.
Clases de varillas
Clase K.- Son varillas de nquel-molibdeno. Son resistentes a la corrosin y su resistencia mnima a la tensin es de 82000 lbs/plg
2.
Clase C.- Son varillas de aleacin carbn-manganeso. Son para trabajo pesado y medio; su inhibicin contra la corrosin es muy efectiva, su
resistencia mnima a la tensin es de 90000 lbs/plg2. En la mayora de los
pozos se utiliza este tipo de varilla.
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Clase D.- Son varillas de aleacin nquel-cromo-molibdeno. Su resistencia mnima a la tensin es de 115000 lbs/plg
2. Estas varillas se utilizan donde
las varillas tipo C quedan en punto crtico, generalmente para pozos de alta
produccin y que no manejen cido sulfhdrico. Este tipo de varilla es el
ms usual en el Activo de Produccin Poza Rica.
La sarta telescopiada que se utiliza en el activo de Produccin Poza Rica est compuesta por dimetros de 1, 7/8y . Las varillas que componen una sarta del tipo empleado en el Activo de Produccin Poza Rica, se
muestran en la figuras 24.
Debido a su dimetro, las varillas de succin tienen el siguiente peso:
Para varillas de su peso es de 1.63 lbs por pie.
Para varillas de 7/8 su peso es de 2.16 lbs por pie.
Para varillas de 1 su peso es de 2.88 lbs por pie.
Todas las varillas miden 25 pies de longitud.
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FIG.24-A VARILLA DE SUCCIN Y COPLE
DE 3/4
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Varillas de bombeo API
Acoplamiento de varilla de bombeo
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FIG.24-B VARILLA DE SUCCIN Y COPLE
DE 7/8
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FIG.24-C VARILLA DE SUCCIN Y COPLE
DE 1
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1.7 TUBERA DE PRODUCCIN Y ACCESORIOS PARA BOMBEO
MECNICO
La tubera de produccin es aquella por la cual se conducen los lquidos y
gases producidos por el pozo hasta la superficie, tanto en pozos fluyentes como en
pozos con sistema artificial de explotacin.
En pozos fluyentes, el dimetro menor de la tubera de produccin permite
una elevacin ms eficiente utilizando la expansin del gas extrado con el aceite.
En pozos con sistema artificial de bombeo neumtico, tambin el dimetro
menor es recomendable para elevar la columna de aceite con la expansin del gas
inyectado a la tubera de produccin a travs de una vlvula operante de un aparejo
para bombeo neumtico, instalado en unos mandriles y distribuidos de acuerdo a
un diseo en la misma tubera de produccin.
En los pozos con sistema artificial movidos por varillas como el bombeo
mecnico y de cavidad progresiva, la sarta de varilla se instala en el interior d e la
tubera de produccin; el dimetro vara de acuerdo al dimetro de la bomba y por
ende de la produccin.
En los pozos con el sistema de cavidad progresiva, el movimiento de las
varillas va a ser rotatorio y se aplica en pozos de profundidad somera (3000 pies) y
verticales.
En los pozos con bombeo mecnico el movimiento de las varillas va a ser
reciprocante. Es aplicable en pozos de profundidad somera y de mayor
profundidad.
En todos los casos anteriores, la tubera de produccin debe tener un sel lo
hermtico, ya que en caso de tener alguna fuga considerable repercute en el buen
funcionamiento del sistema artificial, dejando, a veces, hasta de fluir cuando las
fugas se presentan en la parte superior del nivel dinmico y en pozos fluyentes una
reduccin en la produccin.
Otras de las funciones de la tubera de produccin es la de proteger la
tubera de revestimiento con un empacador, evitando el paso de fluidos corrosivos
al espacio anular, ya sea producidos por el pozo o inyectados al mismo por
estimulaciones con cido, fracturas con arena o cidos.
Las presiones altas que podran daar a la tubera de revestimiento son
manejadas a travs de la tubera de produccin, ya que sta es probada en las
intervenciones con equipo de terminacin y reparacin de pozos a una presin de
3000 lbs/plg2, y en algn caso hasta 5000 lbs/plg
2, su presin de trabajo va a ser
menor del 50% de la prueba. La tubera de produccin, normalmente se presenta
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en dimetros de 2 3/8, 2
7/8 y 3 ; en el Activo de Produccin Poza Rica el
dimetro de tubera ms usual es de 2 7/8.
En el diseo de instalacin de bombeo mecnico, la tubera de produccin se
instala con 2 mecanismos: ancla mecnica y empacador. En ambos casos la tubera
de produccin va tensionada para darle un buen desplazamiento a la sarta de
varillas, disminuyendo el desgaste por friccin, tanto en la tubera como en la sarta
de varillas y aumentando la carrera efectiva del pistn.
ACCESORIOS DE LA TUBERA DE PRODUCCIN CON BOMBEO
MECNICO
En el sistema artificial de Bombeo Mecnico se utilizan dos tipos de equipo
subsuperficial con distintos accesorios los cuales se muestran en la figura 25 y son:
a) Con Ancla Mecnica b) Con Empacador
El ancla mecnica es un mecanismo que va alojado a determinada
profundidad del pozo en la sarta de Tubera de Produccin, ligeramente debajo de
la bomba. Este mecanismo no lleva hules como el empacador, por esto existe
comunicacin entre la tubera de revestimiento y la tubera de produccin. Su
objetivo principal es sujetar la tubera de produccin ya tensionada. Esto hace que
en el ciclo de bombeo no se mueva la Tubera de Produccin, y as aumenta la
eficiencia de la bomba por no disminuir la carrera efectiva del pistn. Si la Tubera
de Produccin no tiene movimiento, entonces disminuye el desgaste de las varillas.
El diseo con ancla mecnica por lo regular se instala en pozos que todava
conservan buena presin de fondo. Esta presin evita que el fluido utilizado en una
circulacin inversa para el lavado de la bomba, se pierda en la formacin, y as se
efecta una circulacin franca y por ende un lavado efectivo de la bomba.
El diseo con ancla mecnica consta bsicamente de:
1. Varillas de succin. 2. Bomba subsuperficial. 3. Tubo barril con niple sello y zapata candado. 4. Separador de gas. 5. Ancla mecnica.
El empacador es un mecanismo que en el diseo de la Unidad de Bombeo
Mecnico va a cumplir con el mismo objetivo del ancla mecnica, tener tensionada
la tubera de produccin, con la diferencia que el empacador lleva
hules que no permiten la comunicacin entre la Tubera de Produccin y la Tubera
de Revestimiento y esto hace que los fluidos producidos por el pozo fluyan
solamente por la Tubera de Produccin.
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47
En el bombeo mecnico se utilizan para aislar una probable rotura en la
Tubera de Revestimiento y en pozos con formacin muy depresionada para poder
garantizar una circulacin inversa en el lavado de la bomba subsuperficial.
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FIG.25-A DISEO CON ANCLA MECNICA
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TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie
TP 2 7/8 8hrr
N S
Z. CAND.
A MEC
Bomba H.F. 2 1/2 X1 3/4 X 24
B L N C
TR 6 5/8 N.8024-28 lbs/pie
Zona de Disparos
Varilla de succin
TR 9 5/8 J56 36 lbs/pie
TP 2 7/8
N. de Sellos 2 7/8
Zapata candadoNiple ventana
C.T. CiegoNiple ventana
Z. Conectora
EMP. SEMIPERM.
N.A C/VEMP. 415-01
Zona de Disparos
Varilla de succin
B Trico 2 1/2 X 1 3/4 X 22
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El diseo con empacador consta bsicamente de:
1. Varillas de succin. 2. Bomba subsuperficial. 3. Tubo barril con niple sello y zapata candado. 4. Niple ventana con tapn ciego. 5. Niple ventana. 6. Zapata conectora. 7. Empacador semipermanente. 8. Niple de asiento con vlvula de pie.
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FIG.25-B DISEO CON EMPACADOR
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TR 9 5/8N-80 40 lbs/pie
TP 2 7/8 8hrr
N S
Z. CAND.
A MEC
Bomba H.F. 2 1/2 X1 3/4 X 24
B L N C
TR 6 5/8 N.8024-28 lbs/pie
Zona de Disparos
Varill