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Descripción PCP (Inandina)
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PCP
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Inandina
RESEÑA HISTORICA
El concepto de bombas de cavidades progresivas fue desarrollado a
finales de los años 20 por Rene Moineau, quien funda la compañía
PCM, a partir de 1936 las patentes son vendidas.
En sus inicios esta tecnología fue dedicada para bombas de
transferencia para aplicaciones industriales, fueron los canadienses a
finales de los años 70 quienes empezaron a experimentar como
levantamiento artificial en crudos pesados, iniciándose posteriormente
un proceso de comercialización y amplia aplicación.
A partir de 1994 PCP se empieza a aplicar ampliamente en
Latinoamérica especialmente Brasil, Venezuela y Argentina.
Las primeras bombas instaladas en Colombia se realizaron en Campo
Mangos (Petrobras) y campo Piedras (Mercantile).1999
Hocol realiza pruebas en Campo San Fco ( sf-92) en el 2000.
Petrobras realiza pruebas para el campo Guando en el 2001 en Gdo-1 (
Netch ) y Gdo-3 (WALS), al mismo tiempo Hocol SA firma contrato para
suministro del sistema PCP.
A finales del año 2001 TDA representando a KUDU firma contrato para
suministro del sistema PCP para Guando.
Año 2003 Thetys decide completar campo rubiales con Bombas de
cavidades progresivas(14).
Los campos actuales en Colombia donde se usa el bombeo de
cavidades progresivas son: San Fco, Rio Ceibas, Dina Terciarios,
Mangos, Piedras, Rubiales, Orito y Payoa.
Actualmente podemos hablar de 85 pozos produciendo con bombas de
cavidades progresivas
Las bombas de cavidades progresivas son bombas de desplazamiento
positivo que consisten en un rotor de acero helicoidal y un elastómero
sintético pegado internamente a un tubo de acero. El estator se instala
en el fondo conectado a la tubería de producción, a la vez que el rotor
esta conectado a la sarta de varillas. La rotación de esta sarta desde
superficie por accionamiento de una fuente de energía externa,
permite que el fluido se desplace verticalmente hacia la superficie por
un sistema de cavidades que se abren y cierran progresivamente. Los
equipos de superficie, de distintas capacidades y dimensiones, se
seleccionan en función de los requerimientos de la aplicación.
LAS PARTES DE LA BOMBA
Estator: Consiste en un tubo de acero, generalmente J55 con cuerpo
elastomerico pegado internamente. Los elastómeros son internamente
torneados como hélices de dos o mas lóbulos.
Rotor: Cuerpo de acero 4140 de alta resistencia torneado en forma
helicoidal y recubierto por una capa fina de material resistente a la
abrasión (cromo endurecido). Tiene como función principal bombear el
fluido, girando de modo excéntrico dentro del estator creando
cavidades que progresan en forma ascendente. Para aplicaciones
corrosivas se fabrican en acero inoxidable.
DOS PRINCIPIOS BASICOS
El rotor debe tener un lóbulo menos que el estator y cada lóbulo del
rotor debe estar siempre en contacto con la superficie interna del
estator.
El estator y el rotor constituyen longitudinalmente dos engranajes
helicoidales
GEOMETRIA DE LA BOMBA
La geometría de la bomba viene definida por la relación de lóbulos
entre rotor y estator, lo que es equivalente a la relación entre el paso
del rotor y el paso del estator
Paso del rotor en geometría 1:2 = 1/2 paso del estator
Paso del rotor en geometría 2:3 = 2/3 paso del estator
OPERACIÓN DE LA BOMBA
El movimiento del rotor dentro del estator es una combinación de dos
movimientos: rotación concéntrica del rotor en su propio eje y rotación
excéntrica del rotor alrededor del eje del estator. En una bomba de
lóbulo simple, estos movimientos originan la traslación hacia uno y
otro lado del rotor a lo largo de la sección transversal del estator.
CAPACIDAD DE LEVANTAMIENTO
La capacidad de levantamiento será controlada por la presión
diferencial máxima que pueda ser desarrollada tanto por una sola
cavidad como por el total de las cavidades de la bomba.
La máxima capacidad de levantamiento es función directa del sello
rotor-estator. Hoy en dia se usa el numero de etapas de la bomba para
estipular el levantamiento; Generalmente una bomba 1:2 soporta una
presión diferencial de 100 psi por cada etapa.
VENTAJAS
Sistema de levantamiento artificial de mayor eficiencia.
Excelente para producción de crudos altamente viscosos.
Capacidad para manejar altos contenidos de sólidos y moderado
contenido de gas libre.
No tiene válvulas, evitando bloqueos por gas.
Buena resistencia a la abrasión.
Bajos costo inicial y potencia requerida.
Bajo niveles de ruido y ocupa poco espacio.
Opera con muy bajos niveles de sumergencia.
Consumo de energía continuo y de bajo costo.
Fácil de instalar y operar.
Bajo mantenimiento de operación.
Fácil operación y mantenimiento
Bajo consumo de energía
LIMITACIONES
Tasas de producción hasta de 2.000 B/D (máximo 4.000 B/D).
Levantamiento neto de hasta 6.000 ft (máximo 9.000 feet).
Temperatura de operación de hasta 210 ºF (máximo 300 ºF).
El elastómero tiende a hincharse o deteriorarse cuando es expuesto al
contacto con ciertos fluidos (aromáticos, aminas, H2S, CO2, etc.).
Alto desgaste de varillas y tubería de producción en pozos
direccionales y horizontal.
ELASTOMEROS USADOS EN PCP
Los materiales elastomericos utilizados en la fabricación de estatores
para bombas de cavidades progresivas son: Nitrilo convencional, Nitrilo
hidrogenado y fluoroelastomeros.
El Nitrilo convencional esta constituido químicamente por un
copolimero de butadieno y acrilonitrilo. Los elastómeros
convencionales presentan un contenido de acrilonitrilo comprendido
entre 18% y 50% aproximadamente. Los copolimeros que contienen
mayores proporciones de acrilonitrilo presentan mayor resistencia al
hinchamiento por hidrocarburos pero pierden propiedades elásticas.
ELASTOMEROS USADOS EN PCP
Los materiales elastomericos utilizados en la fabricación de estatores
para bombas de cavidades progresivas son: Nitrilo convencional, Nitrilo
hidrogenado y fluoroelastomeros.
El Nitrilo convencional esta constituido químicamente por un
copolimero de butadieno y acrilonitrilo. Los elastómeros
convencionales presentan un contenido de acrilonitrilo comprendido
entre 18% y 50% aproximadamente. Los copolimeros que contienen
mayores proporciones de acrilonitrilo presentan mayor resistencia al
hinchamiento por hidrocarburos pero pierden propiedades elásticas.
El nitrilo hidrogenado es una variante del nitrilo convencional en el cual
mediante un proceso de hidrogenación catalítica que eleva la
resistencia química y térmica de la estructura molecular. La resistencia
a hidrocarburos en esta modalidad también depende del contenido de
acrilonitrilo.
Los fluor-elastómeros son materiales especiales con elevada resistencia
térmica y excelente resistencia al hinchamiento por aceites e
hidrocarburos. Las desventajas de estos son su alto costo y que
presentan propiedades mecánicas inferiores.
PROPIEDADES DE LOS ELASTOMEROS
DUREZA
Es una medida del modulo estático de elasticidad de un elastómero,
esta determinada por la profundidad de penetración de una bola sujeta
a pequeños y grandes esfuerzos y se expresa en IRHD(Grado
internacional de dureza de goma, ASTM D1415).
Los elastómeros usados en BCP tienen un rango típico de dureza entre
55-80 IRHD
RESISTENCIA A LA ABRASION
Es la propiedad mas difícil de medir, una muestra de elastómero es
sometida a abrasión con el uso de discos cortantes midiendo el
volumen de material removido. Los resultados son expresados en
índice de resistencia a la abrasión.(ASTM D1630, D2228).
El índice de resistencia a la abrasión es la relación entre el volumen
perdido de la muestra y el volumen perdido por una masa elastomerica
normalizada.
RESISTENCIA AL DESGARRE
Mide la fuerza requerida para desgarrar el caucho bajo la norma ASTM D624. La resistencia al desgarre se expresa en términos de fuerza por espesor de muestra KN/m La resistencia al desgarre declina apreciablemente con el incremento de la temperatura
RESISTENCIA AL CALOR
La exposición de un elastómero al calor causa una expansión del
material que puede crear reacciones que alteren la estructura química
del mismo que resultan en un deterioro irreversible en las propiedades
del material
La resistencia al calor puede ser evaluada sometiendo una muestra de
elastómero a diversas temperaturas, midiendo en cada etapa el cambio
de sus propiedades mecánicas.
RESISTENCIA A LOS LIQUIDOS/GAS
La absorción de líquidos por la goma causa hinchamiento lo que
provoca un deterioro de las propiedades del material. Este proceso se
realiza por difusión.
El hinchamiento ocurre hasta un punto de equilibrio, teniendo cada
elastómero una capacidad diferente para que los fluidos sean solubles
en el.
Prueba normalizada para fluidos ASTM D471 y para gas ASTM D815.
Propiedades
Mecánicas
Resistencia a la
Abrasión
Resistencia a
Excelente
Muy
Buena
Buena
Buena
Buena
Buena
Muy
Buena
Buena
Buena
Buena
Muy
Buena
Buena
Pobre
Pobre
Excelente
Excelente
Excelente
Características Nitrilo Nitrilo
Alto
Nitrilo Flúor
Tipos de Elastómeros
ELASTOMEROS
TIPOS COMUNES DE ELASTOMEROS
INTERFERENCIA ROTOR-ESTATOR
El ajuste rotor-estator es el que obtiene el aislamiento entre las
cavidades. Una baja interferencia ocasiona mucho escurrimiento y por
ende bajas eficiencias volumétricas, un sobre ajuste produce esfuerzos
excesivos sobre el elastómero disminuye la vida útil de la bomba o
desgarramiento prematuro del mismo
Un elastómero debe poseer cierta rigidez de ejercer suficiente fuerza
de sello pero a la vez suficiente flexibilidad para permitir el paso de
partículas sólidas sin causar desgarramiento
Los fabricantes de bombas comercializan rotores estándar,
subdimensionado y sobredimensionados para lograr el ajuste
requerido.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
FLUJOGRAMA GENERAL
PCP es comúnmente usado en pozos desviados y direccionales. El
ángulo del hoyo y la severidad de la curvatura gobierna el contacto
entre entre la sarta de varillas y la tubería de producción, siendo esto
causa de muchos problemas de desgaste y esfuerzos adicionales. Una
representación precisa del perfil del pozo es fundamental.
El perfil del pozo es la herramienta fundamental para determinar la
conveniencia o no del uso de centralizadores, rod guides y rotadores
de tubería así como de su posición en la sarta de cabillas con el fin de
evitar el acelerado desgaste del tubing y fallas por rotura del mismo.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
VISCOSIDAD Y DENSIDAD DEL CRUDO
El problema asociado a la alta viscosidad y densidad radica en la
influencia en las perdidas de producción. La fricción generada a nivel
de tubería y bomba tiende a ser muy elevada incrementando los
requerimientos de torque y potencia.
Las perdidas de flujo se traducen en una presión diferencial adicional a
la presión hidrostática, alcanzando rangos excesivos de levantamiento
neto. Por otra parte esta presión tiene su efecto sobre el torque
requerido por el sistema. Por tanto se convierte en un parámetro
critico de diseño
Para reducir las perdidas de flujo se tiene las siguientes opciones:
Utilizar tuberías de mayor diámetro
Inyectar agua, químicos o diluente para reducir la viscosidad del crudo,
en este caso se debe verificar la compatibilidad de estos productos con
el elastómero.
Utilizar varilla continua para minimizar las restricciones de flujo por
centralizadores o acoples.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
GAS LIBRE
Muchos de los pozos operan a presiones de fondo menores a la presión
de burbujeo, lo cual trae como consecuencia alto contenido de gas
libre. El gas entra a la bomba causando una aparente disminución de la
eficiencia volumétrica debido a que ocupa volumen en las cavidades y
el problema esta en que este efecto no se considere al estimar el
volumen de fluido a desplazar por la bomba.
Se recomienda colocar la bomba debajo de las perforaciones o el uso
de separadores de gas o tubería de cola.
Qgpip=(0.17811*Qgsup*Bg)-(0.17811*Qosup*Rs*Bg)
Qgpip=Tasa gas libre a la entrada de la bomba BPD
Alta producción de gas libre tiene un efecto negativo en la vida
esperada de la bomba, ya que la temperatura interna de operación es
regulada por el fluido y en este caso es posible que se exceda la
temperatura limite del elastómero.
En la condición anterior y por efecto de temperatura ocurrirá una
extensión del proceso de vulcanización del elastómero volviéndolo
duro e inflexible, lo que ocasiona agrietamiento empeorando la
eficiencia volumétrica y aumentando los torques
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PASO 1: Determinar la tasa de aporte de fluidos, calculando
la IPR
COMPLETAMIENTO TIPICO
DRIVEHEADS
Representa el equipo de superficie y tiene las siguientes funciones:
Trasmitir el movimiento de rotación a la sarta de varillas.
Soportar la carga axial.
Acción de freno ante el backspin.
Impedir la fuga de fluidos a través del Stuffing Box.
ACTIVIDADES PRE-OPERACIONALES
Charla pre-operacional de workover.
Listado de chequeo de equipos.
Revisión de las especificaciones de equipos según diseño y que todos
se les halla realizado un test de prueba.
Chequeo y revisión de roscas.
Revisión de herramienta especializada.
Medición de long, ID, OD de la herramienta a instalar en el fondo del
pozo.
Revisar si el rotor y estator se encuentran apareados por sus PN o por
una prueba de eficiencia.
Registrar los números seriales.
INSTALACION SISTEMA PCP
ENSAMBLE BHA
Este debe ser pre-ensamblado en piso o sobre burros, para
posteriormente colgarlo completamente con el elevador subirlo a la
torre y bajarlo al pozo.
Es recomendable que sea torqueado manualmente con llaves de tubo
o cadena preferiblemente para evitar daños en el estator, además por
lo general los diámetros externos de los estatores no son comerciales y
las llaves hidráulicas no vienen especificadas para los mismos.
Engrasar los pines del niple de paro y enroscarlo a la conexión del
estator y apretar con llave hasta un torque optimo.
Enroscar la conexión del ancla al otro pin del niple de paro y apretar
con llave hasta un torque optimo.
Apretar un coupling de tubería al pin del ancla para proteger la rosca
durante la instalación.
El torque optimo es el mismo que estipula la API para tubería J-55.
Al extremo superior del estator engrasar, enroscar y apretar con llave
hasta torque optimo un niple de maniobra, el cual, servirá para colgar
el BHA y debe ser del mismo diámetro del estator o mayor, para evitar
daños por el movimiento excéntrico.
Bajar BHA al pozo asegurándose que las cuñas del ancla se encuentren
desasentadas. Una vez se hallan corrido los 10 primeros tubos realizar
prueba de asentamiento al ancla.
ASENTAMIENTO DEL ANCLA
Una vez se halla retirado la preventora y colocado el colgador de la
tubería se procede a asentar el ancla, la Dual Down Lock no Torque
Anchor Catcher se asienta aplicando torque a la derecha y
posteriormente colocando peso sobre la misma, finalmente se libera el
torque aplicado.
Si el mal estado del casing no permite la aplicación del torque,
adicionar o restar un tubo y volver a intentar buscando una ubicación
propicia del ancla.
LUBRICACION
Los cabezales lubricados con aceite hidráulico corriente se les realiza
cambio por primera vez 500 horas después de la instalación y luego
cada 5000 horas de servicio. El cambio también se realiza cuando
visualmente se observa el aceite contaminado. Con aceites sintéticos
como el ESSO TERRESTIC, TEXACO PINNACLE, o equivalentes, el cambio
de aceite debe ser anual.
Aquellos equipos con frenos hidráulicos se les realiza cambio de filtros
junto con el cambio de aceites
MANTENIMIENTO RUTINARIO
INSPECCION DE CORREAS y POLEAS
La inspección debe ser realizada con el sistema en operación, los
problemas se identifican por percepción de ruidos o vibraciones
anormales.
Si se detecta desgaste o daño excesivo deben ser remplazadas, en caso
de tener correas múltiples es recomendable remplazarlas todas al
mismo tiempo para garantizar que el comportamiento sucesivo sea
equivalente. Al realizar el cambio mantenga una tensión adecuada para
evitar deslizamiento o fallas prematuras. Los daños inusuales pueden
indicar mala operación de frenado ante el backspin.
Las poleas se inspeccionan para detectar desgastes, agrietamiento o
partiduras.
MANTENIMIENTO STUFFING BOX
Los stuffing deben mantener una pequeña filtración por lubricación y
alivio de presiones, en caso de ser excesiva debe ajustarse la tapa para
que los empaques se asienten y se controle la filtración.
los stuffing vienen provistos con graseras para su lubricación interna
con grasa a base de litio, en este caso engrasar semanalmente.
![Clase 5 PCP[1]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/563db7bd550346aa9a8d7d2d/clase-5-pcp1.jpg)