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FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Título: “CARTAS DINANOMETRICAS”. Autores: Denilson Carlo Pajarito Fecha: 03/09/2018 Carrera: Ing. Gas y Petróleo Asignatura: Producción 1 Grupo: Regular “B” Docente: Ing. Franz G. Vargas Periodo Académico: Segundo-2018 Subsede: La Paz-Bolivia

Copyright © (2018) por (Denilson Carlo P.) Todos los derechos reservados.

INDICE 1.-INTRODUCCION ........................................................................................................ 3 2.-ANTECEDENTES ....................................................................................................... 3 3.-OBJETIVOS ................................................................................................................ 4 3.1.-objetivo general .................................................................................................... 4 3.2.- objetivo especifico ............................................................................................... 4 4.- DESARROLLO DE CONCEPTOS ............................................................................. 5 4.1.-Dinamómetros o Cartas Dinamométricas ............................................................. 5 4.2.-Clasificación de los Dinamómetros....................................................................... 5 4.3.-Interpretación de las Cartas Dinamométricas ....................................................... 8 5.-CONCLUSIONES ..................................................................................................... 13 6.-BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 13

1.-INTRODUCCION

El bombeo mecánico de petróleo es el método de extracción de crudo más ampliamente utilizado en los yacimientos argentinos y en gran parte del mundo. Se basa, fundamentalmente en una bomba de pistón dispuesta en el fondo de un pozo (de varios centenares de metros de profundidad) que recibe el movimiento alternativo generado por un aparato individual de bombeo mecánico (AIBM) situado en la superficie.

La transmisión de movimiento desde la superficie al fondo del pozo se hace mediante una sucesión de varillas de bombeo unidas entre sí, conocida usualmente como sarta.

Dado que la relación entre longitud y diámetro de la sarta es de varios órdenes de magnitud, la esbeltez del sistema hace que se comporte como si fuese muy elástico independientemente del material con que esté construido.

Además, dado que las varillas se desplazan dentro de un tubo que transporta el fluido bombeado hasta la superficie (tubing), parte de la fuerza ejercida por el aparato de bombeo se disipa en el contacto de la sarta con baño líquido que la rodea y en eventuales contactos con el tubing.

Todo ello hace que lo que sucede en la boca del pozo diste notoriamente de lo que ocurre en el fondo del mismo y, si bien lo ideal para conocer lo que sucede en la bomba sería contar con dinamómetros de fondo, esto está lejos de ser económicamente viable.

2.-ANTECEDENTES

Desde la década de 1960, los productores han puesto gran énfasis en los métodos matemáticos para predecir, diseñar y diagnosticar sistemas de bombeo mecánico (2004). En 1963 Gibbs presentó el modelo matemático unidimensional de la dinámica

de la sarta, el cual contempla una ecuación diferencial de segundo orden en derivadas parciales y sus correspondientes condiciones de borde.

Si bien se han hecho numerosos desarrollos desde su formulación, la ecuación de Gibbs continúa siendo actualmente la base de la mayoría de los cálculos dinamométricos en sistemas de bombeo mecánico (Takács, 1993), y es la base del trabajo que aquí se expone.

Las condiciones de borde para esta ecuación surgen de la medición de variables en superficie (fuerza y desplazamiento). El resultado de esta medición se denomina carta dinamométrica de superficie (CDS). La predicción de las condiciones homólogas en la bomba se denomina carta dinamométrica de fondo (CDF).

En los últimos años se ha volcado la atención al desarrollo de métodos y sistemas para optimizar el funcionamiento de instalaciones de bombeo mecánico, basados en el diagnóstico de las mismas (Sánchez 2007).

Esto implica, independientemente del esquema de optimización que se emplee, que se necesita conocer el estado del sistema de extracción mediante dinamometría antes de efectuar las acciones de control, es decir, obtener la CDS y calcular la CDF por algún método.

3.-OBJETIVOS 3.1.-objetivo general 

Conocer y definir la función de las cartas dinamométricas.

3.2.- objetivo especifico 

Dar a conocer la función y aplicación de las cartas dinamométricas en un bombeo mecánico.



Conocer los tipos de cartas dinamométricas existe en un bombeo mecánico.

4.- DESARROLLO DE CONCEPTOS

4.1.-Dinamómetros o Cartas Dinamométricas

Las cartas dinamométricas registradas en superficie, en pozos producidos con Bombeo mecánico brindan información esencial para el diseño y diagnóstico del sistema de extracción. El concepto de dinamometría lleva consigo la interpretación en superficie de lo que está pasando en el fondo de pozo. El uso principal de la carta dinamométrica de la bomba es el de identificar y analizar los problemas de fondo de pozos.

Carta dinamométrica de la bomba

Carta dinamométrica de superficie: representa la medición de las cargas en las varillas de bombeo en distintas posiciones a lo largo de un ciclo completo de bombeo. Las cargas generalmente son representadas en Libras y el desplazamiento en pulgadas.

Carta dinamométrica de la bomba (fondo): representa las cargas calculadas en distintas posiciones de la bomba a lo largo de un ciclo de bombeo y representa las cargas que la bomba aplica sobre la parte inferior de la sarta de varillas de bombeo.

4.2.-Clasificación de los Dinamómetros

Desde el punto de vista de su fabricación •Dinamómetros electrónicos •Dinamómetros hidráulicos •Dinamómetros mecánicos

Dinamómetros electrónicos

Consiste en un medidor electrónico de cargas y de un medidor de desplazamiento, los cuales están conectados a dos canales de un amplificador electrónico que registra las cargas o desplazamiento en una carta durante todo un ciclo de bombeo.

Los datos obtenidos son sometidos a un estudio matemático con computadora electrónica, que permite calcular las verdaderas condiciones en el fondo de pozo.

Fig. 1 Dinamómetro electrónico

Fuente: pdf, Cartas-Dinamométricas

Dinamómetros hidráulicos

Es un aparato que mide las cargas sobre el vástago pulido (varilla) con presión hidráulica y puede ser instalado rápidamente en cada pozo sin necesidad de detener su marcha, de manera tal que la bomba de profundidad no provoque alteraciones en las condiciones de trabajo. Este dinamómetro es un registro de cargas y posiciones. El más conocido es el dinamómetro Leuter.

Fig. 2 Dinamómetro Hidráulico

Fuente: pdf, Cartas-Dinamométricas

Dinamómetros mecánicos

Es un instrumento que registra la deflexión de un anillo de acero, debido a las cargas en la varilla pulida. La deflexión del anillo es proporcional a la carga, la cual se registra en un tambor por medio de una plumilla que construye un gráfico sobre papel (dinagrama o carta dinamométrica).

El más comúnmente usado es el dinamómetro Johnson-Fagg.

Este tipo de dinamómetro, mide el efecto de contrabalance en el vástago pulido, indica cuando la válvula viajera abre durante la carrera descendente, da una indicación del peso del fluido, la estabilidad de operación de bombeo registrado, así como también las cargas innecesarias que son las causa de numerosas fallas mecánicas. El dinamómetro registra un diagrama de cargas (carta dinamométrica o dinagrama) en el vástago pulido, así como de su recorrido, ya que no se trata de un movimiento uniforme.

Los caminos recorridos por el vástago pulido en la unidad de tiempo son distintos, así, en el punto muerto superior e inferior, la velocidad es igual a cero, siendo la máxima en la mitad de la carrera. El dinamómetro no solo mide las cargas estáticas, sino también, los esfuerzos dinámicos que pueden aparecer en el ciclo de bombeo. Fig. 3 Dinamómetro Hidráulico

Fuente: pdf, Cartas-Dinamométricas 4.3.-Interpretación de las Cartas Dinamométricas Fig. 4 Cartas Dinamométricas

Lbs

B

C

A

D

Cargas,

Desplazamiento,plg

Fuente: pdf, Cartas-Dinamométricas

Consideraciones para un sistema ideal:

1. el pozo es bombeado lentamente,

2. no existen esfuerzos de vibraciones ni de fricción,

3. al comienzo de la carrera ascendente, la válvula de pie se abre y la válvula viajera se cierra instantáneamente

4. al comienzo de la carrera descendente, la válvula de pie se cierra y la válvula viajera se abre instantáneamente, 5. la longitud de las varillas no varían debido a la transferencia de carga del fluido.

Eje vertical: carga en el vástago pulido

Eje horizontal: longitud de la carrera

AB: Carrera ascendente, la carga en el vástago pulido es debida a la carga del fluido más el peso de las varillas en el fluido

BC: Final de la carrera ascendente, la carga es transferida inmediatamente a la válvula pie

CD: Carrera descendente, la carga en el vástago pulido se debe solo al peso de las varillas en el fluido

DA: Final de la carrera descendente, la carga es transferida inmediatamente a la válvula viajera

ANALISIS DE LAS CARTAS DE UN CICLO DE BOMBEO TIPICO

Fig. 4 Cartas de Bombeo Típico

Fuente: pdf, Cartas-Dinamométricas

En el punto 1 el vástago pulido ha terminado la carrera ascendente, en ese momento la válvula viajera cierra y el vástago pulido comienza a ascender, por lo que la carga aumenta (1-2).

Desde el punto 2 las varillas sufren una elongación debido a las cargas del fluido, registrándose un decremento de las cargas (2-3).

Como las varillas se desplazan hacia arriba, se incrementa la carga debido a la aceleración, llegando a un punto máximo (4).

El vástago pulido desacelera, obteniéndose un decremento de la carga en el vástago (4-5).

En el punto (5) la carrera ascendente ha finalizado.

Entre los puntos (5) y (6), las varillas comienzan a ascender, por lo que hay un inmediato descenso de la carga debido a que existe una transferencia dela la carga del fluido a la tubería de producción, lo que significa que la válvula viajera se abrió al comienzo de la carrera descendente.

En el punto (6), la válvula de pie ha tomado toda la carga del fluido y hay un marcado decremento de la carga en el vástago pulido.

El punto (7) representa la carga mínima.

Desde el punto (7) hasta el punto (1), la aceleración decrece como resultado de un incremento de carga en el vástago pulido.

La línea TV representa la carga en la válvula viajera.

La línea SV representa la carga en la válvula de pie.

La

línea

CB

demuestra

que

la

instalación

se

encuentra

correctamente

contrabalanceada, ya que dicha línea está a igual distancia entre la carga máxima y mínima.

La carta dinamométrica no muestra un trabajo de bomba efectivo, únicamente produce un efecto de agitación en el fondo. Esto se debe a que el pozo tiene energía suficiente como para mantener las válvulas de la bomba abierta. A medida que el pozo pierde energía se comienza a acumular líquido en el fondo, dado que el caudal de gas no es suficiente como para elevar la totalidad del líquido a la superficie. Este efecto genera un trabajo de bomba intermitente, es decir, sólo durante algunas pocas emboladas se aprecia trabajo efectivo de bomba.

Operativamente el comportamiento de este tipo de pozos genera numerosos inconvenientes. Al no disponer de un caudal de líquido que colabore con la lubricación del vástago pulido, son frecuentes las roturas de empaquetaduras, que generan derrames y trastornos operativos.

Para la operación de este tipo de pozo se implementó el uso del modo timer en el controlador, que nos posibilita accionar el AIB después de un tiempo suficiente de paro, de manera que el pozo haya acumulado un cierto nivel de líquido en el fondo. De este

modo, en el momento del arranque del bombeo, la bomba tiene un nivel de líquido sobre ella que le permite realizar un trabajo de bomba.

El bombeo de líquido hacia la superficie produce que el vástago pulido se mantenga lubricado, eliminando por completo los problemas de desgaste de empaquetaduras. Para determinar los tiempos de paro y marcha adecuados que posibiliten solucionar

Los problemas operativos y maximizar la producción, es necesario realizar algunas pruebas a distintos tiempos de paro, ya que cada pozo tiene un tiempo de paro y marcha óptimo.

Las pruebas tienen como objetivo establecer un tiempo de paro tal que nos permita tener un arranque de bombeo con un llenado de bomba entre el 80 y 100%, y un tiempo de marcha suficiente como para restablecer la condición de urgencia.

En muchas ocasiones lograr un 100% de llenado de bomba en el momento del arranque requiere de un tiempo de paro muy prolongado, y una columna de líquido tal, que puede generar interferencia en los punzados productores de gas, trayendo como consecuencia pérdida de producción. Debido a las diferentes características de los pozos, es imposible establecer un tiempo de marcha y paro estándar que pueda llegar a ser aplicado en todos los casos. Cada pozo tiene sus tiempos óptimos de operación. En la figura 7 de la página 83 se puede observar que el dinamómetro azul es la carta de paro y el rojo es la de arranque.

Para operar bajo estas condiciones es importante contar con unidades de bombeo que no sean balanceadas a aire (air balanced), porque al tener tiempos de paro normalmente prolongados generan en muchas ocasiones la despresurización del cilindro, que deriva en un arranque fallido de la unidad.

En caso de tener que acudir a este tipo de unidades, es aconsejable utilizar uno que se encuentre en perfecto estado, a fin de evitar la despresurización del cilindro en los momentos del paro.

5.-CONCLUSIONES

El conocimiento de la carta dinamométrica y su análisis, nos pueden maximizar los beneficios de muchos pozos productores, asegurando que la unidad de bombeo y varillas operen de una forma más económica y dentro de sus rangos de carga, además de que la bomba sub superficial está ejecutando su trabajo con máxima eficiencia.

6.-BIBLIOGRAFIA PDF “Dinamómetros y dinagramas(cartas dinamométricas) capítulo 3.