Sarta de cabillas de succión

La sarta de cabillas es la línea de transmisión para la energía mecánica que maneja la bomba de subsuelo. Mientras la bomba realiza su ciclo de bombeo, las cabillas están sujetas a cargas fluctuantes. Durante el ascenso, la carga en las cabillas es alta porque el pistón recoge la carga del fluido. Durante el descenso, la carga en las cabillas es menor porque la carga del fluido se transfiere de las cabillas a la tubería. Hablaremos sobre los fundamentos del análisis de tensiones de cabillas de acero y de fibra de vidrio, como también de otros materiales que pueden ser usados en el bombeo mecánico.

Todo esto es posible, ya que éstas, sirven de conexión entre la bomba de subsuelo y la unidad de bombeo instalada en la superficie. La barra pulida es la primera cabilla del sistema, y opera con una empacadura de goma llamada prensa-estopa.

Los principales problemas presentados por la sarta de cabillas son las partiduras y el desenroscado de las mismas lo que se debe principalmente a: efectos de corrosión, se aprietan demasiado al ser instaladas, daños al manejarlas entre otros.

A través del tiempo se han introducido innovaciones tales como el tratamiento térmico para resistir mejor la corrosión, nuevos diseños de los pines y el moldeado a presión de las roscas en lugar de cortarlas. Las cabillas se fabrican en diámetros que van desde 1/2” hasta 1-1/8” con incrementos de 1/8”. Cabillas de acero son fabricadas en longitudes de 25 o 30 pies.

ESPECIFICACIONES DE FABRICACION

CLASE API

C D KResistencia a la tensión mínima, MLpc 90 115 85Dureza, Brinell 185-235 235-285 175-235MetalurgiaNiquel y Molibdeno

AISI-1036 Carbón Aleación

AISI46XX

Aleación

Las cabillas API son de 25 pies de longitud ( variación ± 2 pulg) excepto en la costa oeste de los Estados Unidos que miden 30 pies ( variación ± 2 pulg).

Cargas en las cabillas

La carga en las cabillas depende del nivel de fluido, tamaño del pistón de la bomba, velocidad de bombeo, longitud de la embolada y material de las cabillas. A 10 golpes por minuto, una sarta de cabillas está sujeta a 14400 reversiones de tensión en 24 horas o 5256000 reversiones de tensión al año. Es por esto que la sarta de cabillas es usualmente la parte más débil del sistema de bombeo, para reducir el número de reversiones de tensión se recomiendan largas emboladas y baja velocidad de bombeo. Además, la sarta debe estar diseñada apropiadamente de manera que las tensiones sean iguales en el tope de cada sección. La mayoría de las cabillas de succión (un 90%) usadas hoy en día son de acero, mientras el resto son mezclas de sartas de fibra de vidrio y acero

Cabillas NO API

Cabillas electra. Son fabricadas de acero de gran resistencia, generalmente se utilizan en pozos donde las cabillas convencionales API experimentan frecuentes fallas. Esta cabilla es capaz de soportar esfuerzos hasta 50 MLpc

Cabillas Continuas COROD. Es una sarta continua de cabilla que no tiene cuellos ni pasadores y los diámetros varían en 1/16 en vez de 1/8 pulg como lo indica la norma API. Se almacenan y transportan en grandes carretos; además requiere de un equipo especial para su instalación y desinstalación y de soldadura para operaciones de conexión y desconexión.

Cabillas Fibra de Vidrio

El cuerpo de las cabillas de fibra de vidrio es totalmente resistente a la corrosión. Las conexiones de los extremos son susceptibles a la corrosión pero debido a que están ligeramente cargada y usualmente se hacen con acero de alto grado, tienen pocos problemas de corrosión. Al usar cabillas de fibra de vidrio, aun se debe usar un programa efectivo de inhibición química para proteger los extremos, las cabillas de acero, tubería y la bomba.

Las cabillas de fibra de vidrio son casi tres veces y media más livianas que las de acero. Su módulo de elasticidad va de 6 a 8 millones comparado con los 30,5 millones de lpc del acero. Esto significa que se estiran unas cuatro veces más que el acero. Debido a sus características únicas, las cabillas de fibra de vidrio pueden superar a las de acero o causar problemas severos.

Cabillas Hollow Rod Diseñada para su utilización con torques medios en pozos no corrosivos o efectivamente inhibidos. Permite inyectar por su interior diluyentes, inhibidores de corrosión u otros fluidos.

Análisis de tensión de las cabillas de succión.

Una vez calculado la tensión pico y la mínima de las cabillas, se puede hacer un análisis de tensión para saber si las cabillas están sobrecargadas. El rango de tensión permitida en las cabillas depende del material, grado de la cabilla y la corrosión del pozo.

Diagrama de modificado de Goodman

Se recomienda usar el diagrama de Goodman modificado para calcular la tensión máxima permisible en cabillas API de acero. Este método se puede aplicar gráficamente o con ecuaciones.

Método gráfico

Pasos para usar el Diagrama API Modificado de Goodman:1. Calcular las tensiones mínima (Smin) máxima (Smax) de la sección de

cabillas que se va a analizar.2. Localizar el punto de tensión mínima en la línea de tensión dibujando una

línea horizontal.

3. Dibujar una línea vertical desde el punto de la línea de tensión mínima hasta línea de máxima tensión permisible.

4. Si el punto en el paso 3 queda fuera del rango de tensión permisible, las cabillas están sobrecargadas. Si está por debajo de la línea de tensión máxima permisible, entonces las cabillas están bien.

Construcción del diagrama API Modificado de Goodman

Análisis de Tensión de Cabillas Electra (EL)Como se discutió antes, las cabillas EL son cabillas no-API de alto esfuerzo. Debido a que son pre-comprimidas, sólo se necesita la tensión pico para determinar su carga. El Diagrama API de Goodman no se aplica a cabillas EL. A continuación el cálculo de la tensión máxima permisible en cabillas EL:

SA=50.000xFS

El porcentaje de carga se obtiene así:

%Carga cabillas = (Smax/SA)x100

90000

67500

45000

Paso 3

22500

00

T/4=22.500

22500

Paso 5

Paso 8Paso 34500

0

Paso 7

T/1.75=51.429

Paso 6

67500

Paso 4

Paso 2

900Paso 3

BARRAS DE PESO

Las barras de peso son cabillas de gran diámetro diseñadas para añadir peso al final del tren de cabillas. Lo que diferencia a las barras de peso de las cabillas regulares de succión es que están diseñadas para usarlas al fondo de la sarta de cabillas. Los pines son más pequeños que el diámetro de su cuerpo para permitirles entrar en la tubería. El tamaño del pin no sueleser un problema ya que las cargas en las cabillas al fondo de la sarta son pequeñas comparadas con las cargas cerca de la superficie. Esto se debe a que las cabillas cercanas a la superficie tienen que soportar su propio peso, el peso de las cabillas debajo de ellas y la carga del fluido. Sin embrago, las barras de peso, al estar al fondo de la sarta sólo soportan su propio peso y la carga del fluido. Los diámetros de las barras de peso van desde 1-1/4” a 2”. El tamaño de la tubería limita el diámetro máximo de barra de peso que se pueda usar.