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• Enzo Marin

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Facultad de Ciencias y Tecnología

Producción II

Universidad de Aquino Bolivia Facultad de tecnología Ing. En Petróleo y Gas

“EXPOSICION” Estudiantes:

ARANDA CALICHO ALEJANDRA MARIN DARIO ENZO FRANCO ORELLANA JOANTHAN PEREZ CLAROS IVAN ALEJANDRO VILLAROEL CALICHO NILDA

Materia Docente

: Producción II

: Ing. Lema Zabala Vanessa Grupo: “A”

Fecha

: 27 – JUNIO – 2013

Cochabamba - Bolivia

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Producción II

Bombeo Mecánico 1. INTRODUCCION El bombeo mecánico es el más antiguo, mas económico y más común de los métodos de extracción artificial. Es mecánicamente simple, puede operar sobre un amplio rango de condiciones y con gran disponibilidad de repuestos y personal experimentado. Todo lo cual contribuye asu difundida aceptación, aplicación y uso. Aproximadamente el 85% de los pozos de bombeo en el mundo utilizan este método. La bomba de profundidad es solo una parte del sistema de bombeo mecánico. Los demás componentes principales son: la sarta de varillas, la tubería de producción, el equipo superficial o aparato de bombeo y el motor de impulso. Del diseño adecuado de estos componentes, teniendo en cuenta factores como profundidad del pozo, profundidad estimada, tipo de petróleo, corte de agua, relación petróleo-gas, etc.., resultara una operación efectiva y largos periodos de funcionamiento libres de mantenimiento. La falla de alguno de los componentes del sistema de bombeo, producirá la parada del sistema afectando la producción y ocasionando un costo de reparación. Es por esta razón que hoy en día más que nunca, es necesario utilizar componentes con la mejor tecnología disponible y de la más alta calidad. El desarrollo de nuevos elementos, materiales y dispositivos, es una constante preocupación. Cuando las condiciones del pozo hacen la extracción dificultosa, se puede modificar el diseño y utilizar materiales y dispositivos especiales que permiten extraer los caudales deseados y prolongar la vida útil de las bombas. La baja eficiencia de la bomba implica mayor costo de energía y disminución del rendimiento del sistema aumentando los gastos operativos. Universidad de Aquino Bolivia

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2. ANTECEDENTES El bombeo mecánico nació prácticamente en la par con la industria petrolera, cuando el Coronel Drake perforo su pozo en Pensilvania en 1859, en aquellos tiempos la perforación se hacía con herramientas de percusión. La mecha se suspendía mediante una especia de balancín hecho con madera y se dejaba caer más o menos de la misma forma a como hoy en día se hincan los pilares en la construcción. Cuando el pozo moría, era más fácil usar el balancín de madera que había quedado en el sitio para la bomba de subsuelo. Así nació el bombeo mecánico, aun que hoy en día no se usa cabillas ni balancines de madera ni mucho menos maquinas de vapor, los componentes del método son los mismos. El balancín símbolo del método, todavía se usa para convertir el momento rotatorio del motor en reciprocarte para impulsar la bomba, otro componente son las cabillas y el tercero la bomba misma que todavía usa un pistón, el barril, las válvulas fijas y viajeras.

3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Determinar los parámetros más importantes en el Estudio del diseño del Bombeo Mecánico y sus limitaciones.

3.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Desarrollar el funcionamiento del Bombeo Mecánico.  Reconocer las clases de equipos superficiales.  Identificar los diversos componentes del equipo de Bombeo Mecánico  Identificar las ventajas y desventajas del Bombeo Mecánico.  Indicar el funcionamiento de los componentes, que cumplen dentro del proceso de trabajo de Bombeo Mecánico.

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4. MARCO TEORICO El bombeo mecánico es el método más usado en el mundo. Consiste en una bomba de subsuelo de acción reciprocante, que es abastecida con energía producida a través de una sarta de cabillas. La energía es suministrada por un motor eléctrico o de combustión interna colocada en la superficie. Tiene su mayor aplicación mundial en la producción de crudos medianos y livianos. 4.1.

CONSIDERACIONES

EN

EL

DISEÑO

DE

UN

SISTEMA

DE

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL 

Características

del

yacimiento:

porosidad,

permeabilidad,

presencia de arena, presión y temperatura. 

Empuje del Yacimiento: empuje de agua, gas en solución y capas de gas.



Propiedades del Crudo: API, viscosidad, contenido de parafinas, tendencia incrustante del agua.



Evaluación económica.



Completación del Pozo: diámetro del casing, profundidad, desviación, diámetro del tubing.



Tipo de Energías Disponibles: gas a alta presión, fluidos a alta presión, electricidad.



Restricciones Externas: ¿hay comunidad cercana al pozo?

4.2. FUNCIONAMIENTO DEL BOMBEO MECANICO La función principal de la unidad de bombeo mecánico es proporcionar al movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de cabillas y estas, la bomba de subsuelo. La unidad de bobeo, en su movimiento, tiene dos puntos muy bien definidos: muerto superior y muerto inferior. Cuando el balancín esta en el punto muerto inferior sus válvulas fija y viajera se hallan cerradas. Al comenzar la carrera ascendente, la presión de fondo y el efecto de succión del pistón permite la apertura de la válvula fija; el fluido pasa del pozo hacia el interior de la bomba.

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Al mismo tiempo, la columna de fluido ejerce una presión sobre la válvula viajera y permanecerá cerrada durante la carrera ascendente. El fluido continúa llenada la bomba hasta que el pistón llega hasta el punto muerto superior. La válvula fija cierra y comienza la carrera descendente, el pistón se mueve hacia abajo y produce un efecto de compresión. Cuando la presión interna es superior a la que existe sobre la válvula viajera, esta se abre y el fluido es transferido al pistón hasta llegar al punto muerto inferior, donde se repite el ciclo de bombeo. 4.3 CARACTERISTICAS DEL BOMBEO MECANICO Debe ser:  Resistente  De larga vida  Eficiente  Fácil y barato de trasportar.  Silencioso  No contaminante  Seguro de instalar y de operar 4.4 APLICACIÓN DE LOS SIATEMAS DE RECUPERACION A NIVEL MUNDIAL

4.5 VENTAJAS DEL BOMBEO MECANICO  Tiene buena eficiencia.  Permite la optimización y el control.  Bajo costo de mantenimiento. Universidad de Aquino Bolivia

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 Pueden emplearse materiales para disminuir los problemas de corrosión.  Es flexible permite ajustar la producción a través de la longitud de la carrera y la velocidad de bombeo.  Fácil diseño.  Unidades pueden ser cambiadas a otros pozos.  Adaptable a agujeros reducidos.  Levanta aceites viscosos y de altas temperaturas. 4.6 LIMITACIONES Y DESVENTAJAS  No es posible manejar sólidos.  No se adapta a grandes profundidades.  En operaciones costa-afuera resulta pesado y estorboso.  Presenta desgaste en las varillas y en la tubería de producción en pozos desviados.  No aplicable cuando se tienen altas relaciones Gas-Petróleo.  Su eficiencia decrece con la profundidad. 4.7 RANGO DE APLICACIÓN DE BOMBEO MECANICO

4.8 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE BOMBEO MECANICO 4.8.1 EQUIPOS DE SUPERFICIE a) El motor b) Equipo de bombeo de superficie: estructura y balancín; motor; caja reductora, cabezote. c) Tubería o tubing.

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d) Sarta de varillas. e) Bomba de subsuelo.

4.8.1.1 MOTOR DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECANICO La función del motor de la unidad de bombeo mecánico es suministrar a la instalación energía mecánica la cual eventualmente es transmitida a la bomba y usada para levantar el fluido. El motor seleccionado para instalación debe tener suficiente potencia de salida para levantar el fluido a la tasa deseada desde el nivel de fluido de trabajo en el pozo. 4.8.1.2 ESTRUCTURA DEL BALANCIN PETROLERO Este componente se encarga de soportar los componentes de superficie del sistema de bombeo mecánico también se encarga de transferir energía para el bombeo del pozo desde el motor hacia la parte superior de las varillas, haciendo que este deba cambiar el movimiento rotatorio del motor a un movimiento reciprocante. La principal función es almacenar energía en la cerrera descendente, y entregar energía en la carrera ascendente.

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4.8.1.3 CAJA REDUCTORA DE VELOCIDAD Este dispositivo permite cambiar por medio de engranajes la alta velocidad angular entregada por el motor a un mayor torque suficiente para permitir el movimiento del balancín. 4.8.1.4 CABEZOTE Se encarga de mantener vertical toda la línea conformada desde la rienda, sarta de varillas, hasta la bomba. 4.8.1.5 VASTAGI PULIDO – VARILLON PULIDO La relación directa entre la sarta de varillas y el equipo de superficie es el varillon pulido o vástago pulido. Los vástagos pulidos están disponibles en tres tamaños, el tamaño para cualquier instalación depende del tamaño del tubing y del diámetro de las varillas de succión en el tope de la sarta de varillas. 4.8.1.6 BARRA CARGADORA Cerca del final superior del varillon pulido esta una abrazadera del varillon el cual es soportado por barra cargadora. La barra cargadora a su vez es soportada por cables flexibles conocidos como riendas que se pasan por encima del cabezal del balancín (horse head) hasta el final del balancín (walking beam). 4.8.2 EQUIPOS DE SUBSUELO 4.8.2.1 SARTA DE VARILLAS Trasmite energía desde el equipo de superficie hacia la bomba de subsuelo. Las varillas soportan el peso del fluido además de su propio peso. 4.8.2.2 BOMBA DE SUBSUELO Las funciones de la bomba son:  Recibir el fluido desde la formación hacia dentro de la sarta de producción.

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 Levantar el fluido hacia la superficie. 4.8.2.2.1 Componentes principales de la bomba del subsuelo  Barril de trabajo.  Pistón.  Válvula fija o estacionaria.  Válvula viajera. 4.8.2.2.2 Funcionamiento de una bomba de subsuelo La válvula estacionaria permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería. En la carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo que esta en la tubería y la válvula viajera permite que entre petróleo a la bomba. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente mantiene el flujo (emboladas). 4.8.2.3 CARGAS DEL VASTAGO PULIDO Cinco factores contribuyen a la carga neta del vástago pulido:  Carga del fluido.  Peso muerto del las varillas de succión.  Aceleración de la carga de las varillas de succión.  Fuerzas de flotación sobre las varillas de succión sumergidas en el fluido.  Fuerzas de fricción. 4.9 DESPLAZAMIENTO DE LA BOMBA Y TAZA DE PRODUCCION DEL SISTEMA DE BOMBEO MECANICO Pozos con condiciones gaseosas o liquidas espumosas frecuentemente tendrían un 25 % a 50 % de eficiencia. Pozos gaseosos con clara separación de gas de formación en el hueco tendrían de 50 % a 70%.

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Para pozos con buena separación en el hueco y amplia sumergencia de la bomba, las eficiencias serian de 70 % a 80 %. Para pozos con nivel alto de fluido y con no interferencia de gas, la eficiencia volumétrica puede alcanzar hasta un 100 %. 4.10 CLASES DE EQUIPOS SUPERFICIALES PARA EL BOMBEO MECANICO 4.10.1 Clase I: BOMBEO COMVENCIONAL El modelo convencional es el más antiguo y usado en la industria cuyos orígenes se basan en los aparatos usados para perforar los pozos. La rotación de la manivela puede ser en ambas direcciones.  VENTAJAS 

Tiene bajo costo de mantenimiento.



Costos menores que otro tipo de unidades.



Es usualmente mejor con varillas de fibra de vidrio.



Puede girar en el sentido mas rápido que la MARK II sin problemas.



Requiere menos contrabalanceo que la MARK II

 DESVENTAJAS 

En muchas aplicaciones, no están eficiente como el MARK II.



Puede requerir una caja de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).

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4.10.2 Clase III: MARK II Y AEROBALANCEADA 4.10.2.1 UNIDAD MARK II O UNITOQUE El MARK II o Unitorque se introdujo a principios de los años 60 con su revolucionario diseño que requería menos energía que uno convencional para levantar la misma carga de fluidos. Las contrapesas están colocadas en una manivela de doble brazos separados y opuestos a la manivela de los pines con un ángulo de desfase que oscila entre 19 y 28 º . Este desfasamiento hace que el torque de las pesas se atrase respecto al de la carga de fluidos al comienzo de la carrera ascendente y que se adelante al comienzo de la descendente. El MARK II, debido al desfase angular, es más rápido en la carrera descendente lo que se traduce en mayor aceleración y menores cargas mínimas en la barra pulida. En crudos viscosos, esta característica debe ser tomada en cuenta para evitar velocidades que pueden generar flotación de la sarta de cabillas.  VENTAJAS  Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero).  Puede bajar costo 5 a 10 % comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.  DESVENTAJAS  En muchas aplicaciones, no pude bombear tan rápido como la convencional, porque puede causar problemas de fallas en las varillas.  Puede girar solamente en sentido contrario a las manecillas del reloj.  Puede causar mas daño a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.  Puede someter a la sarta de varillas en el fondo del pozo a severa compresión que puede causar fallas por pandeo.

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4.10.2.2 UNIDAD AEROBALANCEADA  VENTAJAS  Es más compacta y más fácil para balancear que otras unidades.  Los costos de transportación son menores que otras unidades.  Puede girar en el sentido de las manecillas del reloj o sentido contrario.  DESVENTAJAS  Es más complicada y requiere mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).  La condensación de agua en el cilindro puede causar problemas.  La caja de velocidades puede ser dañada si el cilindro pierde presión de aire.

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4.10.2.3 UNIDADES DE BOMBEO DE CARRERA LARGA ROTAFLEX: La primera unidad con el mecanismo actual fue instalada en diciembre de 1987. Actualmente se cuentan con 825 instalaciones a nivel mundial, principalmente en Texas, Oklahoma, Venezuela y Colombia. Básicamente el rotaflex puede incluirse como unidad Clase I ya que el pivote se encuentra entre la carga del pozo y la generación del torque. La gran diferencia está en que el brazo del torque es de solamente 18 “ y por tanto necesita menos esfuerzo. Es parecido a cuando alguien intenta levantar un peso, mientras más cerca este del peso, menos esfuerzo será requerido para levantarlo. El rotaflex cumple casi a la perfección con la situación ideal para el bombeo mecánico, carrera larga y baja velocidad. Esta combinación asegura un mejor llenado de la bomba y cargas parasitas muy bajas (aceleración, fricción mecánica y viscosa) y por eso, la carta de superficie de una instalación con rotaflex es casi parecida a la ideal. Los fabricantes aseguran que los requerimientos de torque del rotaflex pueden ser hasta un 80 % más bajo que los de una unidad convencional.  CARACTERISTICAS  Carrera de 288 y 306 pulgadas para bombas mecánicas (más de 7 metros).  Alta capacidad de producción.  Alta eficiencia para extracción de pozos problema a pozos profundos.  Mayor vida útil del equipo de fondo.  40 a 60 % de reducción en los ciclos de esfuerzo, mayor vida útil de las varillas.  20 a 50 % de reducción en el costo de energía.  100 % accionamiento mecánico de bajo mantenimiento.

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 VENTAJAS DEL ROTAFLEX Embolada larga y lenta que permite:  Mejorar el llenado del barril.  Reducir los problemas de golpe de fluido.  Minimizar los problemas de interferencia de gas.  Reducir el desgaste entre las partes móviles.  Reducir los esfuerzos de tensión y compresión sobre la sarta de cabillas.  Aumentar la eficiencia total del sistema.  Permitir al sistema de bombeo reciprocante aumentar su capacidad de producción hasta mas de 2500 [BPD].  Unidad 100 % mecánica.  Contrapeso fácil y preciso.  Reductores de engranajes mas pequeños.  Armado, probado y embarcado de una sola pieza.  No es necesaria y desinstalación para realizar los servicios al pozo.  Reduce los costos de operación y mantenimiento.

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 EL ROTAFLEX PUEDE SER APLICABLE EN: 

Pozos nuevos.



Pozos desviados y horizontales.



Pozos con alta frecuencia de fallas de varillas y tubería.



Crudos medianos y pesados.



Aplicaciones con alta temperatura de fondo.



Pozos con aporte – bajo nivel de fluido.



Pozos someros de alta producción.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6. BIBLIOGRAFIA

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