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Bombeo mecánico y bombas reciprocantes
Ing. Yamil Eid M.
Consideraciones generales
El sistema bombeo mecánico consiste esencialmente en cinco partes:
La bomba de succión de subsuelo, impulsada por barra.
La cadena de succión con barra, la cual transmite el movimiento de bombeo superficial y la energía a la bomba de subsuelo.
El equipo de bombeo de superficie, el cual convierte el movimiento rotatorio del motor primario a un movimiento de bombeo oscilatorio lineal.
La unidad de transmisión de energía o reductor de velocidad.
El motor primario, el cual provee la energía necesaria al sistema.
La cantidad mínima de información que debe ser conocida o asumida, para determinar cargas aproximadas y desplazamientos para el diseño de la unidad de bombeo de succión con barra es: Nivel de fluido Profundidad de la bomba Velocidad por minuto en stroke (carrera) por minuto Longitud de superficie de carrera Diámetro de embolo de bombeo Gravedad especifica del fluido Diámetro nominal del tubing y si esta anclado o no. Diseño y dimensionamiento de la barra de succión Geometría de la unidad
Con la información necesaria, el diseño puede calcular con algunos grados de confiabilidad, los siguientes datos: La carrera del émbolo El desplazamiento de la bomba La carga pico de la barra embolada El esfuerzo de torsión máximo los HP de la barra embolados Contrapeso requerido
Bombas de succión de barra de subsuelo
La clasificación estándar de varias combinaciones se encuentran en las practicas recomendadas de la API -11AR.
Selección del tamaño de bomba
Desplazamiento teórico de la bomba
El desplazamiento teórico de la bomba esta dado por el tamaño del embolo y por la combinación dada de la velocidad de bombeo y por la carrera, puede determinarse como:
Sistema ingles
Donde:
Sistema internacional
Donde:
Esto se aplica si se define una constante de bomba como:
Donde es el área de embolo (en pulgada cuadrada)
La efectividad de la carrera del embolo es aproximadamente el 80% de la carrera de superficie, por eso la ecuación puede ser reescrita como:
Sistema ingles
Donde S es la carrera en superficie en pulgadas
Sistema internacional
Donde S es la carrera en superficie en metros
Dimensionamiento recomendado de embolo
Problema N°1
Una bomba se va a ubicar a un nivel de fluido de trabajo a 4 000 [ft]. Se desea un valor de 400 bbl/día en superficie.
Velocidades de bombeo
maximizar la vida de la barra de succión viene de minimizar las velocidades de bombeo, porque una carga máxima, rango de carga y la velocidad de bombeo son directamente proporcionales. Elegir una carrera y una velocidad lenta como la unidad y el motor primario permite la producción deseada.
Se puede determinar la velocidad permisible mediante una grafica basada en una caída libre de barra máxima del 70 %.
Barra de bombeo
La barra de bombeo es un sistema vibratorio que transmite la energía de los equipos de superficie a la bomba de subsuelo. La selección de la barra de bombeo depende de la profundidad del pozo y las condiciones de operación.
Para pozos con profundidades mayores a 3500 ft, es una practica común usar una barra cónica que consiste en diferentes longitudes de diferentes tamaños de barras.
Propiedades mecánicas
La clasificación de la API de propiedades mecánicas es:
Factores de servicio
El estrés máximo permitido de una barra de bombeo depende del servicio. Consecuentemente un factor de servicio debe ser aplicado.
Datos de barra de bombeo
Las barras de bombeo son surtidas según las siguientes características:
Carga máxima de barra
Para estimar la carga máxima se utiliza la siguiente formula:
Sistema ingles
Sistema internacional
Donde:
Carga mínima descendente
Rango de carga, siendo el único factor indeterminado de tres factores que controlan la vida de la barra de bombeo, debe ser calculado. Asumiendo un movimiento simple y harmónico y substrayendo el factor de aceleración que fue aplicado en la carrera ascendente y la fuerza de sostén en la barra, se puede aproximar de manera tosca con:
Carga mínima descendente Sistema ingles
Sistema internacional
Donde:
Efectos de la carga máxima, mínima y la velocidad
Los tres factores en la vida de la barra de bombeo, relacionados como están, deben estar definidos por limites para realizar los cálculos precedentes.
La carga máxima y el rango de carga esta conectado a través de la aplicación de los valores del máximo trabajo de carga a condiciones promedio y la experiencia.
Selección de Juntas
Un paso muy importante es la selección de juntas. Las practicas recomendadas por la API listan las juntas según el valor de torque
Unidades de bombeoTipos
Todas la unidades de bombeo mecánico geométricamente caen en dos grupos:
La clase I, sistema de palanca, con geometría de empuje hacia arriba, reductor de velocidad montado al frente, el cual es representado por una unidad convencional. Es la unidad mas común.
La clase III, con geometría con empuje hacia arriba con reductor de velocidad montado al frente, el cual esta representado por un balanza de aire, y unidades de Lufkin Mark II, donde el punto de apoyo de la palanca esta ubicado en la parte trasera de la barra.
Características de desempeño cualitativo de los diferentes
tipos de unidades
Selección La selección del tamaño apropiado y el tipo de unidad de bombeo, esta basada en las condiciones de pozo y requerimientos de producción.
El tamaño de la unidad de bombeo esta especificada por el rango de torque del reductor, la longitud de carrera y la capacidad de la barra.
carga de la varilla pulida
Donde:
Contrabalancee (CB)
Torque pico (PT)
Donde:
Energía promedio de entrada
Sistema ingles
Sistema internacional
Donde:
Energía de entrada del motor primario
Sistema ingles
Sistema internacional
Unidad de carrera largaLa unidad de bombeo de carrera larga esta en la forma de una columna cilíndrica o de una torre cuadrada con dos poleas. La parra pulida cuelga de dos cables. Los cables están enrollados alrededor de la batería de un malacate y opuesto a dos cables, los cuales soportan el balanceo de contrapeso. Todo se mueve por un motor que siempre va en la misma dirección a una velocidad constante y dirige a un motor hidráulico conectado con la batería del malacate por un desplazamiento variable de bombeo. Un mecanismo de inversión alimentado por malacate automático que gatilla la dirección en la cual el malacate rota hacia la barra pulida en tope y punto muerto en el fondo.
El rango de bombeo puede ser de 0 a 5 strokes po minuto
Unidad de bombeo de gato
La unidad de bombeo de gato, utiliza un gato hidráulico para mover la varilla. Consiste en un gato y un pistón conectados a la varilla pulida y al selector de carrera en el eje del pozo. El gato esta conectado a la unidad de alta presión de mangueras con:
a) Motor eléctrico
b) Una bomba hidráulica con selector de rango de bombeo
c) Una válvula de distribución con operador piloto para transferir el crudo de un lado del pistón a otro.
d) Un tanque de crudo accesible por una válvula ponderada para el retorno.
e) Un acumulador de presión que actúa como contrapeso: durante la carrera de subida que añade su efecto a la bomba hidráulica y se infla de vuelta por la bomba durante la carrera de bajada.
Gracias por su atención
