Bombeo mecanico

BOMBEO MECÁNICO
Andrés Linares C.I:20.863.485
Instituto Universitario Politécnico
Santiago Mariño
Escuela de Ingeniería en Petróleo
Asignatura: Producción de Hidrocarburos

Bombeo Mecánico
El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia
casi continua del petróleo hasta la superficie.
La unidad de superficie imparte el movimiento de sube y baja a la sarta
de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la
sarta de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo.
Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de
acción reciprocante, abastecida con energía suministrada a través de
una sarta de varillas. La energía proviene de un motor eléctrico o de
combustión interna, la cual moviliza una unidad de superficie mediante
un sistema de engranajes y correas.
El Bombeo Mecánico Convencional tiene su principal aplicación en el
ámbito mundial en la producción de crudos pesados y extra pesados,
aunque también se usa en la producción de crudos medianos y livianos.

Componentes Superficiales del
Bombeo Mecánico

Ventajas y Desventajas
del BM
- Fácil de operar y de hacer mantenimiento
- Se puede cambiar fácilmente de rate de
producción por cambio en la velocidad de
bombeo o stroke.
- Puede bombear el pozo a una muy baja presión
de entrada para obtener la máxima producción.
- Usualmente es la más eficiente forma de
levantamiento artificial.
- Se puede fácilmente intercambiar de unidades
de superficie.
- Se puede usar motores a gas como movedores
primarios si la electricidad no esta disponible.
- Se puede usar la bomba con el control apagado
para minimizar la carga del fluido, costos de
electricidad y las fallas de varilla.
- Puede ser monitoreada remotamente con un
sistema de control de supervisión de bomba.
- Se puede usar computadoras modernas de
análisis dinamométrico para la optimización del
sistema.
Ventajas Desventajas
- Es problemático en pozos con alta desviación.
- No puede ser usada en pozos off shore por los
grandes equipos de superficie y la limitada
capacidad de producción es comparada con otros
métodos.
- No puede funcionar con excesiva producción de
arena.
- La eficiencia volumétrica cae drásticamente
cuando se tiene gas libre.
- El rate de producción cae con la profundidad
comparado con otros métodos de levantamiento
artificial
- Es obstrusivo en áreas urbanas.

La unidad de
superficie imparte
el movimiento de
sube y baja a
la sarta de
varillas de succión
que mueve el pistón
de la
bomba, colocada en
la sarta de
producción, a cierta
profundidad del
fondo del pozo.
Este método
consiste
fundamentalmente
en una bomba de
subsuelo de acción
reciprocante,
abastecida con
energía
suministrada a
través de una sarta
de varillas.
La energía proviene
de un motor
eléctrico o de
combustión interna,
la cual moviliza una
unidad de
superficie mediante
un sistema de
engranajes y
correas.
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 está en la tubería y
la válvula fija permite
que entre petróleo a la
bomba. La repetición
continua del
movimiento ascendente
y descendente
(emboladas) mantiene
el flujo hacia la
superficie.
FUNCIONAMIENTO

UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL
Ventajas:
1) Costos de mantenimiento bajos.
2) Cuesta menos que otras unidades.
3) Usualmente es mejor que el Mark II con
sarta de varillas de fibra de vidrio.
4) Puede rotar en sentido horario y antihorario.
5) Puede bombear mas rápido que las
unidades Mark II sin problemas.
6) Requiere menos contrabalanceo que las
Mark II.
Desventajas:
1) En varias aplicaciones no es tan eficiente
como Mark II u otros tipos de unidades.
2) Podría requerir cajas de engranajes mas
grandes que otros tipos de unidades
(Especialmente con varillas de acero)
Estas tienen el punto de
apoyo del balancín en su
punto medio (sistema de
palanca Clase I con
geometría montada en la
parte posterior y
contrabalanceo por
Crank). Se fabrican con
diversas especificaciones,
los recorridos varían de 12
a 192 pulg, y las cajas
reductoras varían de
25.000 a 912.000 pulg-lb.

UNIDAD DE BOMBEO MARK II
Ventajas:
1) Tiene menor torque en la mayoría de los
casos.
2) Podría costar menos ( -5%, -10%)
comparada con el siguiente tamaño en una
unidad convencional.
3) Es mas eficiente que las unidades
convencionales en la mayoría de los casos.
Desventajas:
1) En varias aplicaciones, no bombea tan rápido
como una unidad convencional debido a su vel.
de carrera descendente.
2) Solo puede rotar en sentido horario.
3) En caso de existir golpe de fluido podría causar
mas dalo a la sarta de varillas y la bomba.
4) Puede colocar la base de la sarta de varillas en
alta compresión causando fallas por pandeo.
5) Puede experimentar torques mas altos que las
unidades convencionales cuando usan varillas de
fibra de vidrio, además, de la posibilidad de
colocarlas en compresión.
En estas unidades el
punto de apoyo del
balancín esta en uno de
sus extremos (Sistema
de palanca Clase III,
geometría montada en
el frente y
contrabalanceo en el
crank). Están
diseñadas con el objeto
de mantener un torque
neto uniforme en la
caja reductora y en el
motor.

UNIDAD DE BOMBEO BALANCEADAS POR AIRE
Ventajas:
1) Es mas compacta y fácil de balancear que
las otras unidades.
2) Los costos de transporte son mas bajos
que otras unidades (pesa menos).
3) Vienen en tamaños mas grandes que
cualquier otro tipo de unidad.
4) Puede rotar en sentido horario y antihorario.
Desventajas:
1) Son mas complicadas y requieren mayor
mantenimiento (compresor de aire, cilindro de
aire)
2) La condensación del aire en el cilindro puede
constituir un serio problema.
3) La caja de engranaje podría dañarse si el
cilindro pierde la presión de aire
En estas unidades el
punto de apoyo del
balancín esta en uno
de sus extremos
(Sistema de palanca
Clase III, geometría
montada en el frente
y contrabalanceo por
aire). Son unidades
más livianas y
compactas.

Motores electricos: NEMA D es el motor de
unidad de bombeo mas reconocido. Su
deslizamiento esta entre el 5 al 13%. Otros
motores incluyen NEMA C con un max.
Deslizamiento de 5% y NEMA B con un max.
Deslixamiento de 3%
Motor a gas: existen motores de baja vel.
(≤700 rpm) con uno dos cilindros y alto torque
y motores multicilindros de alta vel., estos
motores pueden tener altas variaciones de vel.
(hasta un 35%) mas q motores de baja vel.
Tipos de Motores del Bombeo
Mecánico

Diseño de Bombeo Mecánico
Es un procedimiento analítico mediante cálculos,
gráficos y/o sistemas computarizados para
determinar el conjunto de elementos necesarios en el
levantamiento artificial de pozos accionados por
cabilla. La función de este procedimiento es
seleccionar adecuadamente los equipos que
conforman el sistema de bombeo mecánico a fin de
obtener una operación eficiente y segura con
máximo rendimiento al menor costo posible.

Paso 1: se debe seleccionar el tamaño de la bomba, el
diámetro óptimo del pistón, bajo condiciones normales. Esto
va a depender de la profundidad de asentamiento de la
bomba y el caudal de producción

Paso 2: La combinación de la velocidad de bombeo (N) y la longitud de la
carrera o embolada (S), se selecciona de acuerdo a las especificaciones del
pistón. Se asume una eficiencia volumétrica del 80%

Paso 3: Se debe considerar una sarta de cabillas (se debe determinar el
porcentaje de distribución si se usa más de dos diámetros de cabilla) y el
diámetro de pistón, se determina un aproximado de la carga máxima para el
sistema en estudio

Paso 4: Chequear el valor de factor de impulso para la combinación
velocidad de bombeo (N) y longitud de carrera (S) establecidos en el
Paso 2

Paso 5: Cálculo de la carga máxima en la barra pulida. Para este propósito
será necesario obtener cierta data tabulada de acuerdo a los datos
establecidos en los pasos previos. Primero se determinará el peso de las
cabillas por pie y la carga del fluido por pie. Ver tabla Ahora se calcula el
peso de las cabillas en el aire (Wr), la carga dinámica en las cabillas (CD) y
la carga del fluido (CF) a la profundidad objetivo.
Wr = peso cabillas (lb/ft) x Prof. (ft)
CD = F.I. x Wr (lb) -----> Donde F.I. (Factor de Impulso)
CF = peso fluido (lb/ft) x Prof. (ft)
Carga máxima barra pulida = CD + CF

Paso 6: Cálculo de la carga mínima de operación (CM), el contrabalanceo ideal y
torque máximo.
CM = Disminución de la carga debido a la aceleración (DC) – fuerza de flotación (FF)
DC = Wr x (1-C) -----> Donde C = (N^2 x S)/70500
FF = Wr x (62,5/490) -----> Valor constante
Para el contrabalanceo ideal se debe proporcionar suficiente efecto de contrabalanceo
para darle suficiente valor de carga, el cual va a ser el promedio entre el máximo
(carga máx. barra pulida) y el mínimo recién calculado.
Entonces,
Contrabalanceo ideal = promedio de carga (entre máx. y min) – la carga mínima.
Torque máx. = Contrabalanceo ideal x Punto medio de la longitud de carrera (S/2).

Paso 7: Estimación de poder del motor eléctrico. Conocida la profundidad de
operación, °API del crudo y el caudal requerido de producción, se obtiene una
constante que es multiplicada por el caudal de producción (Ver gráfico 3). Este valor
obtenido son los HP necesarios justos para levantar el caudal requerido. Lo que se
recomienda es que este valor obtenido se incremente de 2 a 2,5 veces para tener un
factor de seguridad.

Paso 8: Cálculo de desplazamiento de la bomba. El valor obtenido de P sería el valor
de caudal de producción si la bomba trabaja al 100% de eficiencia. El diseño de la
bomba debe tener al menos el 80% de eficiencia. En crudos pesados debe tener un
máximo de 18 strokes/minutos (promedio 15° API).
P = C S N
P = Desplazamiento de la bomba
C = Constante de la bomba, depende del diámetro del pistón
N = Velocidad de bombeo (SPM)

Paso 9: Profundidad de asentamiento de la bomba (Método Shell, ). Esto dependerá
enormemente de la configuración mecánica del pozo. Si este método no cumple, por lo
general se asienta a 60 o 90 pies por encima del colgador. Otras bibliografías hacen
referencia que se asienta 300 pies por debajo del nivel de fluido.

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