Bombeo por Cavidades Progresivas
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Aug 13, 2020
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About This Presentation
Definición de BCP, Tipos de Instalación, Ventajas, Desventajas, Equipos de Superficie, Equipos de Subsuelo, Clasificacion de las Bombas de CP, Procedimiento de Diseño, Ejemplo Practico.
Slide Content
Bombeo por
Cavidades Progresivas
República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Maracaibo
Producción de Hidrocarburos
Elaborado por:
Valeria González
C.I: 27.332.962
Cavidades Progresivas
República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Maracaibo
Producción de Hidrocarburos
Elaborado por:
Valeria González
C.I: 27.332.962
Índice
2
1.Definición.
2.Tipos de Instalación.
3.Ventajas.
4.Desventajas.
5.Equipos de Superficie.
6.Equipos de Subsuelo.
7.Clasificación de las Bombas.
8.Procedimiento de Diseño.
9.Ejemplo Práctico.
Puerto de succión
Estator
Rotor
Puerto de descarga
Unión flexible
2
1.Definición.
2.Tipos de Instalación.
3.Ventajas.
4.Desventajas.
5.Equipos de Superficie.
6.Equipos de Subsuelo.
7.Clasificación de las Bombas.
8.Procedimiento de Diseño.
9.Ejemplo Práctico.
Puerto de succión
Estator
Rotor
Puerto de descarga
Unión flexible
Bombeo por Cavidades
Progresivas (BCP)
3
Las bombas de Cavidad Progresiva son máquinas
rotativas de desplazamiento positivo, compuestas
por un rotor metálico, un estator cuyo material es
elastómero generalmente, un sistema motor y un
sistema de acoples flexibles.
El efecto de bombeo se obtiene a través de
cavidades sucesivas e independientes que se
desplazan desde la succión hasta la descarga de la
bomba a medida que el rotor gira dentro del estator.
Progresivas (BCP)
3
Las bombas de Cavidad Progresiva son máquinas
rotativas de desplazamiento positivo, compuestas
por un rotor metálico, un estator cuyo material es
elastómero generalmente, un sistema motor y un
sistema de acoples flexibles.
El efecto de bombeo se obtiene a través de
cavidades sucesivas e independientes que se
desplazan desde la succión hasta la descarga de la
bomba a medida que el rotor gira dentro del estator.
Bombeo por Cavidades
Progresivas (BCP)
4
El movimiento es transmitido por medio de una
sarta de cabillas desde la superficie hasta la bomba,
empleando para ello un motor–reductor acoplado a
las cabillas.
Estas bombas se caracterizan por:
▸Operar a bajas velocidades.
▸Permitir manejar altos volúmenes de gas, sólidos
en suspensión y cortes de agua.
▸Manejar crudos de mediana y baja gravedad API.
▸Utilizarse en pozos de 800-6000 pies de
profundidad.
Progresivas (BCP)
4
El movimiento es transmitido por medio de una
sarta de cabillas desde la superficie hasta la bomba,
empleando para ello un motor–reductor acoplado a
las cabillas.
Estas bombas se caracterizan por:
▸Operar a bajas velocidades.
▸Permitir manejar altos volúmenes de gas, sólidos
en suspensión y cortes de agua.
▸Manejar crudos de mediana y baja gravedad API.
▸Utilizarse en pozos de 800-6000 pies de
profundidad.
Tipos de Instalación de BCP
5
▸Instalación convencional:
En esta instalación, primero se baja la tubería de producción y se ancla con un
packers, luego de la fijación se baja el estator y rotor que son instalados de forma
separada, las varillas son las que proporcionan el movimiento giratorio, son
enroscadas al rotor generando el movimiento giratorio que el sistema exige para
ponerse en marcha. Este tipo de instalación se demora y consume más tiempo, por lo
que significa una mayor inversión.
5
▸Instalación convencional:
En esta instalación, primero se baja la tubería de producción y se ancla con un
packers, luego de la fijación se baja el estator y rotor que son instalados de forma
separada, las varillas son las que proporcionan el movimiento giratorio, son
enroscadas al rotor generando el movimiento giratorio que el sistema exige para
ponerse en marcha. Este tipo de instalación se demora y consume más tiempo, por lo
que significa una mayor inversión.
Tipos de Instalación de BCP
6
▸Instalación Insertable:
En la configuración de bombas insertables la bomba completa es instalada con la
sarta de varillas sin necesidad de remover la columna de tubería de producción,
minimizando el tiempo de intervención y por lo tanto, el costo asociado ha dicho
trabajo.
La bomba es la misma que en la configuración convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo totalmente
ensamblado como una sola pieza.
6
▸Instalación Insertable:
En la configuración de bombas insertables la bomba completa es instalada con la
sarta de varillas sin necesidad de remover la columna de tubería de producción,
minimizando el tiempo de intervención y por lo tanto, el costo asociado ha dicho
trabajo.
La bomba es la misma que en la configuración convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo totalmente
ensamblado como una sola pieza.
Ventajas del BCP
7
▸Se obtienen eficiencias de operación
entre 50-60 %.
▸Trabaja con crudos de gravedades
bajas (°API<18).
▸Producción de fluidos con viscosidades
relativamente altas.
▸No presenta bloqueo por alto
porcentajes de gas libre.
▸Presenta menor desgaste de los
equipos de subsuelo.
▸Bajos costos de inversión.
▸Consume poca energía.
▸Instalación sencilla.
▸La operación de este equipo es
sencilla.
▸Presenta poco nivel de ruido.
▸No ocupa mucho espacio en superficie.
▸Presenta buena tolerancia a la
producción de arenas.
▸Buena resistencia a la abrasión.
7
▸Se obtienen eficiencias de operación
entre 50-60 %.
▸Trabaja con crudos de gravedades
bajas (°API<18).
▸Producción de fluidos con viscosidades
relativamente altas.
▸No presenta bloqueo por alto
porcentajes de gas libre.
▸Presenta menor desgaste de los
equipos de subsuelo.
▸Bajos costos de inversión.
▸Consume poca energía.
▸Instalación sencilla.
▸La operación de este equipo es
sencilla.
▸Presenta poco nivel de ruido.
▸No ocupa mucho espacio en superficie.
▸Presenta buena tolerancia a la
producción de arenas.
▸Buena resistencia a la abrasión.
Desventajas del BCP
8
▸Capacidad de producción baja
(máximo 4.000 bbl/día).
▸Puede presentarse escurrimiento si el
hidrocarburo tiene una gravedad API
alta.
▸Máxima profundidad de operación
(6.000-1.0000 pies).
▸Resiste temperaturas entre 180 y
350°F.
▸Requiere equipo de workover para el
mantenimiento de los equipos de
subsuelo.
▸El equipo trabaja con capacidades
volumétricas bajas con la presencia de
gas libre.
▸Por el constante contacto entre la
tubería de producción y las varillas de
bombeo se presencia desgaste de las
mismas.
▸Para realizar mantenimiento de la
bomba es necesario sacar la tubería
de producción.
8
▸Capacidad de producción baja
(máximo 4.000 bbl/día).
▸Puede presentarse escurrimiento si el
hidrocarburo tiene una gravedad API
alta.
▸Máxima profundidad de operación
(6.000-1.0000 pies).
▸Resiste temperaturas entre 180 y
350°F.
▸Requiere equipo de workover para el
mantenimiento de los equipos de
subsuelo.
▸El equipo trabaja con capacidades
volumétricas bajas con la presencia de
gas libre.
▸Por el constante contacto entre la
tubería de producción y las varillas de
bombeo se presencia desgaste de las
mismas.
▸Para realizar mantenimiento de la
bomba es necesario sacar la tubería
de producción.
9
Equipos de Superficie
Cabezal de rotación.
Motor.
Variadores de frecuencia.
Sistema de correas y poleas.
Equipos de Subsuelo
Tubería de producción.
Sarta de varillas.
Estator.
Rotor.
Niple de par.
Niple intermedio.
Elastómeros.
Equipos de Superficie
Cabezal de rotación.
Motor.
Variadores de frecuencia.
Sistema de correas y poleas.
Equipos de Subsuelo
Tubería de producción.
Sarta de varillas.
Estator.
Rotor.
Niple de par.
Niple intermedio.
Elastómeros.
10
Cabezal de
rotación
Motor
Este equipo es el encargado de dar la
capacidad de freno y generar potencia al
sistema, es de accionamiento mecánico y se
encuentra en superficie exactamente encima
de la cabeza de pozo.
Genera el movimiento giratorio al sistema.
Requiere bajos costos de mantenimiento, de
energía, posee alta eficiencia, es de fácil
operación y produce poco ruido.
Equipos de Superficie
Cabezal de
rotación
Motor
Este equipo es el encargado de dar la
capacidad de freno y generar potencia al
sistema, es de accionamiento mecánico y se
encuentra en superficie exactamente encima
de la cabeza de pozo.
Genera el movimiento giratorio al sistema.
Requiere bajos costos de mantenimiento, de
energía, posee alta eficiencia, es de fácil
operación y produce poco ruido.
Equipos de Superficie
11
Variadores
de
frecuencia
Sistema
de correas
y poleas
Rectifica la corriente alterna requerida por
el motor y la modula electrónicamente
produciendo una salida de señal con
frecuencia y voltaje diferente. Son utilizados
para el cambio de velocidad en un tiempo
breve y sin modificaciones mecánicas en los
equipos.
Es utilizado para transferir la energía
desde la fuente de energía primaria hasta el
cabezal de rotación. La relación de
transmisión con poleas y correas debe ser
determinada dependiendo del tipo de
cabezal seleccionado y de la potencia/torque
que se deba transmitir a las varillas.
Equipos de Superficie
Variadores
de
frecuencia
Sistema
de correas
y poleas
Rectifica la corriente alterna requerida por
el motor y la modula electrónicamente
produciendo una salida de señal con
frecuencia y voltaje diferente. Son utilizados
para el cambio de velocidad en un tiempo
breve y sin modificaciones mecánicas en los
equipos.
Es utilizado para transferir la energía
desde la fuente de energía primaria hasta el
cabezal de rotación. La relación de
transmisión con poleas y correas debe ser
determinada dependiendo del tipo de
cabezal seleccionado y de la potencia/torque
que se deba transmitir a las varillas.
Equipos de Superficie
12
Tubería de
producción
Sarta de
varillas
Es una tubería de acero que comunica la
bomba de subsuelo con el cabezal y la línea
de flujo. Si no hay ancla de torsión, se debe
ajustar con el máximo API, para prevenir el
desenrosque de la tubería de producción.
Es un conjunto de varillas unidas entre sí,
la sarta está situada desde la bomba hasta
la superficie. Los diámetros máximos
utilizados están limitados por el diámetro
interior de la tubería de producción.
Equipos de Subsuelo
Tubería de
producción
Sarta de
varillas
Es una tubería de acero que comunica la
bomba de subsuelo con el cabezal y la línea
de flujo. Si no hay ancla de torsión, se debe
ajustar con el máximo API, para prevenir el
desenrosque de la tubería de producción.
Es un conjunto de varillas unidas entre sí,
la sarta está situada desde la bomba hasta
la superficie. Los diámetros máximos
utilizados están limitados por el diámetro
interior de la tubería de producción.
Equipos de Subsuelo
13
Estator
Rotor
Es una hélice doble interna y moldeada a
precisión. Está hecho de un elastómero
sintético el cual está adherido dentro de un
tubo de acero.
Está fabricado con acero de alta resistencia,
mecanizado con precisión y recubierto con
una capa de material altamente resistente a
la abrasión. Se conecta a la sarta de varillas,
las cuales le transmiten el movimiento de
rotación desde la superficie.
Equipos de Subsuelo
Estator
Rotor
Estator
Rotor
Es una hélice doble interna y moldeada a
precisión. Está hecho de un elastómero
sintético el cual está adherido dentro de un
tubo de acero.
Está fabricado con acero de alta resistencia,
mecanizado con precisión y recubierto con
una capa de material altamente resistente a
la abrasión. Se conecta a la sarta de varillas,
las cuales le transmiten el movimiento de
rotación desde la superficie.
Equipos de Subsuelo
Estator
Rotor
14
Niple de
paro
Niple
intermedio
Va roscado al extremo inferior del estator,
entre sus funciones se encuentran hacer de
tope al rotor en el momento del
espaciamiento, servir de pulmón al
estiramiento de las varillas con la unidad
funcionando, y como succión de la bomba.
Su función principal es darle libre paso al
movimiento que genera el rotor cuando el
diámetro de la tubería de producción no lo
permite. Es necesario instalar siempre este
dispositivo para evitar percances durante la
operación.
Equipos de Subsuelo
Niple de
paro
Niple
intermedio
Va roscado al extremo inferior del estator,
entre sus funciones se encuentran hacer de
tope al rotor en el momento del
espaciamiento, servir de pulmón al
estiramiento de las varillas con la unidad
funcionando, y como succión de la bomba.
Su función principal es darle libre paso al
movimiento que genera el rotor cuando el
diámetro de la tubería de producción no lo
permite. Es necesario instalar siempre este
dispositivo para evitar percances durante la
operación.
Equipos de Subsuelo
15
Elastómeros
El elastómero reviste internamente al estator y en sí es un polímero de
alto peso molecular, con la propiedad de deformarse y recuperarse
elásticamente, esta propiedad se conoce como residencia o memoria, y es
la que hace posible que se produzca la interferencia entre en rotor y el
estator.
Equipos de Subsuelo
Características:
•Buena resistencia química a los fluidos a transportar.
•Buena resistencia térmica.
•Capacidad de recuperación elástica.
•Adecuadas propiedades mecánicas.
•Hinchamiento del 3 al 7% (máximo).
•Dureza Shore A de 55 a 78 puntos.
•Resistencia Tensíl mayor a 55 Mpa.
•Elongación a la ruptura mayor al 500%.
•Resistencia al corte mayor a 4 Kg/mm.
•Resistencia a la fatiga mayor a 55000 ciclos.
Elastómeros
El elastómero reviste internamente al estator y en sí es un polímero de
alto peso molecular, con la propiedad de deformarse y recuperarse
elásticamente, esta propiedad se conoce como residencia o memoria, y es
la que hace posible que se produzca la interferencia entre en rotor y el
estator.
Equipos de Subsuelo
Características:
•Buena resistencia química a los fluidos a transportar.
•Buena resistencia térmica.
•Capacidad de recuperación elástica.
•Adecuadas propiedades mecánicas.
•Hinchamiento del 3 al 7% (máximo).
•Dureza Shore A de 55 a 78 puntos.
•Resistencia Tensíl mayor a 55 Mpa.
•Elongación a la ruptura mayor al 500%.
•Resistencia al corte mayor a 4 Kg/mm.
•Resistencia a la fatiga mayor a 55000 ciclos.
16
Clasificación de las Bombas de Cavidades
Progresivas
Según su configuración mecánica
Bombas Tubulares: son aquellas bombas que
se enroscan y bajan con la tubería de
producción. En este tipo de bombas el estator y
el rotor son elementos independientes el uno del
otro. Luego de asentar el estator de la bomba a
la profundidad deseada, se inicia la bajada del
rotor de la bomba.
Bombas tipo Insertable: en este tipo de
bombas, el estator y el rotor son ensamblados
de manera que ofrecen un conjunto único el
cual se baja en el pozo con la sarta de cabillas
hasta conectarse en una zapata o niple de
asentamiento instalada en la tubería de
producción previamente.
Bomba tipo Insertable.
Clasificación de las Bombas de Cavidades
Progresivas
Según su configuración mecánica
Bombas Tubulares: son aquellas bombas que
se enroscan y bajan con la tubería de
producción. En este tipo de bombas el estator y
el rotor son elementos independientes el uno del
otro. Luego de asentar el estator de la bomba a
la profundidad deseada, se inicia la bajada del
rotor de la bomba.
Bombas tipo Insertable: en este tipo de
bombas, el estator y el rotor son ensamblados
de manera que ofrecen un conjunto único el
cual se baja en el pozo con la sarta de cabillas
hasta conectarse en una zapata o niple de
asentamiento instalada en la tubería de
producción previamente.
Bomba tipo Insertable.
17
Clasificación de las Bombas de Cavidades
Progresivas
Según la geometría del estator
Bombas de geometría Simple: son aquellas
en las cuales el número de lóbulos del rotor es
de uno, mientras que el estator es de dos
lóbulos (relación 1x2). Son diseñadas para ser
expuestas a bajas o elevadas velocidades de
rotación, dependiendo de la tasa requerida.
Bombas Multilobulares: ofrecen rotores de 2
o mas lóbulos en Estatores de 3 o mas (relación
2x3, 3x4, etc.). Estas bombas ofrecen mayores
caudales que sus similares de geometría
simple.
Bombas de diversas
geometrías.
Relación: 1x2,2x3,3x4
Clasificación de las Bombas de Cavidades
Progresivas
Según la geometría del estator
Bombas de geometría Simple: son aquellas
en las cuales el número de lóbulos del rotor es
de uno, mientras que el estator es de dos
lóbulos (relación 1x2). Son diseñadas para ser
expuestas a bajas o elevadas velocidades de
rotación, dependiendo de la tasa requerida.
Bombas Multilobulares: ofrecen rotores de 2
o mas lóbulos en Estatores de 3 o mas (relación
2x3, 3x4, etc.). Estas bombas ofrecen mayores
caudales que sus similares de geometría
simple.
Bombas de diversas
geometrías.
Relación: 1x2,2x3,3x4
18
Procedimiento de Diseño
1.Estimar la capacidad de aporte de fluidos de la arena productora. De ser posible,
debe graficarse la IPR con base en la prueba de producción del pozo, presión estática
y presión de burbujeo, para determinar la oferta de la arena productora.
Estimar caudal máximo permisible de producción, de acuerdo a la IPR y considerando
futuros problemas de agua, gas y/o arena.
Seleccionar el caudal de diseño y su respectiva Pwf.
2. Determinar el nivel dinámico de líquido, ND (pies).
•Estimar el gradiente de presión de la mezcla (lpc/pie).
��=0,433∗??????
Donde ??????m es la gravedad específica de la mezcla.
Procedimiento de Diseño
1.Estimar la capacidad de aporte de fluidos de la arena productora. De ser posible,
debe graficarse la IPR con base en la prueba de producción del pozo, presión estática
y presión de burbujeo, para determinar la oferta de la arena productora.
Estimar caudal máximo permisible de producción, de acuerdo a la IPR y considerando
futuros problemas de agua, gas y/o arena.
Seleccionar el caudal de diseño y su respectiva Pwf.
2. Determinar el nivel dinámico de líquido, ND (pies).
•Estimar el gradiente de presión de la mezcla (lpc/pie).
��=0,433∗??????
Donde ??????m es la gravedad específica de la mezcla.
19
Procedimiento de Diseño
??????�=??????���+??????���
??????�=
141,5
131,5+°????????????�
��=
��
��+��
•Estimar la altura de la mezcla, hm (pies).
�
�=
���
��
•Determinar el nivel dinámico.
�
??????=�
??????−�
�
•Estimar la altura de la mezcla, hm (pies).
Procedimiento de Diseño
??????�=??????���+??????���
??????�=
141,5
131,5+°????????????�
��=
��
��+��
•Estimar la altura de la mezcla, hm (pies).
�
�=
���
��
•Determinar el nivel dinámico.
�
??????=�
??????−�
�
•Estimar la altura de la mezcla, hm (pies).
20
Procedimiento de Diseño
3. Determinar la profundidad de asentamiento de la bomba.
����������� �� ������������ ����=����� ���á����+∆�
������������
Donde ∆�
�depende del criterio de diseño. Se recomienda inicialmente una
sumergencia mayor o igual a 300 pies. Sin embargo, en realidad se debe colocar la
bomba a la profundidad donde la fracción de gas a su entrada sea mínima.
4. Estimar la presión y temperatura a la entrada de la bomba.
Primero, el gradiente geotérmico es:
�
��=
�
�−�
�
�����������
Procedimiento de Diseño
3. Determinar la profundidad de asentamiento de la bomba.
����������� �� ������������ ����=����� ���á����+∆�
������������
Donde ∆�
�depende del criterio de diseño. Se recomienda inicialmente una
sumergencia mayor o igual a 300 pies. Sin embargo, en realidad se debe colocar la
bomba a la profundidad donde la fracción de gas a su entrada sea mínima.
4. Estimar la presión y temperatura a la entrada de la bomba.
Primero, el gradiente geotérmico es:
�
��=
�
�−�
�
�����������
21
Procedimiento de Diseño
Luego, se determina el gradiente dinámico
de temperatura, utilizando la figura 2.20,
página 62, de la guía de texto.
La temperatura a la entrada de la bomba se
determina:
�
�������=�
�����−�
��(����
�����−����
���.���)
Estimar la presión en la entrada de la bomba:
�
�������=0,433∗??????
�∗∆�
�
5. Determinar los parámetros PVT de los fluidos
a condiciones de entrada de la bomba.
Procedimiento de Diseño
Luego, se determina el gradiente dinámico
de temperatura, utilizando la figura 2.20,
página 62, de la guía de texto.
La temperatura a la entrada de la bomba se
determina:
�
�������=�
�����−�
��(����
�����−����
���.���)
Estimar la presión en la entrada de la bomba:
�
�������=0,433∗??????
�∗∆�
�
5. Determinar los parámetros PVT de los fluidos
a condiciones de entrada de la bomba.
22
Procedimiento de Diseño
6. Determinar la fracción de gas en la entrada de la bomba.
??????
�=
1−�
����−��−�
�����
�
�
��
�+1−�
��
�+���−��1−�
�−�
�����
�
Si ??????
� > ó = al máximo permitido, incremente la profundidad de asentamiento de la
bomba en 100 pies y repita los pasos del 4 al 6.
Si ??????
� > al máximo permitido y se ha alcanzado la profundidad límite de asentamiento
de la bomba, se recomienda instalar un separador de gas de alta eficiencia, para reducir
la fracción de gas a la entrada de la bomba.
Si ??????
� < al máximo permitido y aún no se ha alcanzado la profundidad límite, es de su
interés considerar repetir los pasos, hasta lograr, de ser posible, 0% de gas a la entrada
de la bomba.
Procedimiento de Diseño
6. Determinar la fracción de gas en la entrada de la bomba.
??????
�=
1−�
����−��−�
�����
�
�
��
�+1−�
��
�+���−��1−�
�−�
�����
�
Si ??????
� > ó = al máximo permitido, incremente la profundidad de asentamiento de la
bomba en 100 pies y repita los pasos del 4 al 6.
Si ??????
� > al máximo permitido y se ha alcanzado la profundidad límite de asentamiento
de la bomba, se recomienda instalar un separador de gas de alta eficiencia, para reducir
la fracción de gas a la entrada de la bomba.
Si ??????
� < al máximo permitido y aún no se ha alcanzado la profundidad límite, es de su
interés considerar repetir los pasos, hasta lograr, de ser posible, 0% de gas a la entrada
de la bomba.
23
Procedimiento de Diseño
8. Calcular la tasa total de flujo a la entrada de la bomba.
�
�=�
��
��
�+1−�
��
�+(1−�
�)(���−��)−�
�����
�
Si se considera la colocación de un separador de gas, se debe tomar en cuenta para la
ecuación anterior:
���
�����=1−
%����
100
���−��+��
���
�����=���
�����∗�
�
Procedimiento de Diseño
8. Calcular la tasa total de flujo a la entrada de la bomba.
�
�=�
��
��
�+1−�
��
�+(1−�
�)(���−��)−�
�����
�
Si se considera la colocación de un separador de gas, se debe tomar en cuenta para la
ecuación anterior:
���
�����=1−
%����
100
���−��+��
���
�����=���
�����∗�
�
24
Procedimiento de Diseño
9. Escoger las revoluciones por minuto (rpm) y el factor de cabezal (FH) según los
niveles de producción de arena.
*: limitación cuando se utiliza un rotor subdimensionado para compensar el
hinchamiento del elastómero.
% Arena
RPM lim FH
* 400 0,7
%<40 Bajo, medio 390 0,75
%>40 Alto 250 0,67
Procedimiento de Diseño
9. Escoger las revoluciones por minuto (rpm) y el factor de cabezal (FH) según los
niveles de producción de arena.
*: limitación cuando se utiliza un rotor subdimensionado para compensar el
hinchamiento del elastómero.
% Arena
RPM lim FH
* 400 0,7
%<40 Bajo, medio 390 0,75
%>40 Alto 250 0,67
25
Procedimiento de Diseño
10. Calcular el desplazamiento de la bomba a 500 rpm.
�
�����=
�
�∗500
���
�??????�
11. Determinar el head rating de la bomba.
����
??????��??????��(���)=
∆�
���
��
Donde:
∆�
���=�
��������−�
�������
�
��������=�
���+∆�
�+∆�
�
∆�
�=??????
�∗0,433∗����������� �� ������������ �� �� �����
�
�������=??????
�∗0,433∗�����������
Procedimiento de Diseño
10. Calcular el desplazamiento de la bomba a 500 rpm.
�
�����=
�
�∗500
���
�??????�
11. Determinar el head rating de la bomba.
����
??????��??????��(���)=
∆�
���
��
Donde:
∆�
���=�
��������−�
�������
�
��������=�
���+∆�
�+∆�
�
∆�
�=??????
�∗0,433∗����������� �� ������������ �� �� �����
�
�������=??????
�∗0,433∗�����������
26
Procedimiento de Diseño
∆�
�=
??????
�∗�∗�
�
1,85
1072,48∗1000∗�
4,8655
∆�
�=∆�
�??????+∆�
��
12. Seleccionar la bomba requerida.
De las tablas del fabricante, seleccionar
la bomba que maneje eficientemente la
tasa y cuyo head rating (también llamado
tasa de altura) sea igual o mayor al
requerido.
Procedimiento de Diseño
∆�
�=
??????
�∗�∗�
�
1,85
1072,48∗1000∗�
4,8655
∆�
�=∆�
�??????+∆�
��
12. Seleccionar la bomba requerida.
De las tablas del fabricante, seleccionar
la bomba que maneje eficientemente la
tasa y cuyo head rating (también llamado
tasa de altura) sea igual o mayor al
requerido.
27
Procedimiento de Diseño
13. Determinar los rpm ajustados a la
bomba seleccionada.
Una vez se ha seleccionado la bomba, se
usa la siguiente figura para determinar los
rpm ajustados y la potencia requerida por
la bomba.
Procedimiento de Diseño
13. Determinar los rpm ajustados a la
bomba seleccionada.
Una vez se ha seleccionado la bomba, se
usa la siguiente figura para determinar los
rpm ajustados y la potencia requerida por
la bomba.
28
Procedimiento de Diseño
14. Seleccionar el diámetro de la cabilla, de acuerdo al tamaño de la tubería de
producción.
15. Calcular los requerimientos de potencia del motor.
��
�����=
��
�����∗������
����
�����
Cabilla
Tubería (pulg) Diámetro (pulg) Peso (lbs/pie)
2 3/8 3/4 1,63
2 7/8 7/8 2,16
3 1/2 1 2,88
3 1/2 1 1/8 3,61
Eficmotor: Alrededor de 0,85
Factor: factor de seguridad
= 1; 1,2; 1,5
Procedimiento de Diseño
14. Seleccionar el diámetro de la cabilla, de acuerdo al tamaño de la tubería de
producción.
15. Calcular los requerimientos de potencia del motor.
��
�����=
��
�����∗������
����
�����
Cabilla
Tubería (pulg) Diámetro (pulg) Peso (lbs/pie)
2 3/8 3/4 1,63
2 7/8 7/8 2,16
3 1/2 1 2,88
3 1/2 1 1/8 3,61
Eficmotor: Alrededor de 0,85
Factor: factor de seguridad
= 1; 1,2; 1,5
29
Ejemplo Práctico
Datos:
-Profundidad máxima de bomba: 3200 pies.
-Nivel estático: 1000 pies
-Nivel dinámico: 2645 pies
-Producción petróleo para 2645 pies:80 bbl/d
-Producción agua para 2645 pies: 20 bbl/d
-Gradiente estático en el anular: 0,373 lpc/pie
-Gradiente dinámico en el anular: 0,370 lpc/pie
-Gradiente de los fluidos en el eductor: 0,425
lpc/pie
-Presión en cabezal tubería de producción: 100
lpc
-Presión en el cabezal revestidor: 0 lpc
-Diferencial de presión en el eductor:240 lpc
-Velocidad máxima: 250 rpm
Consideraciones:
-Se desprecia el volumen de gas
en el anular.
-Se considera una viscosidad
muy baja (1 cps).
-Se asume una tasa de gas en la
bomba, despreciable (RGP/RGL
muy bajas).
-Se utilizan ecuaciones para IP
constante.
-Se considera un factor de
seguridad para el head de 20%.
Ejemplo Práctico
Datos:
-Profundidad máxima de bomba: 3200 pies.
-Nivel estático: 1000 pies
-Nivel dinámico: 2645 pies
-Producción petróleo para 2645 pies:80 bbl/d
-Producción agua para 2645 pies: 20 bbl/d
-Gradiente estático en el anular: 0,373 lpc/pie
-Gradiente dinámico en el anular: 0,370 lpc/pie
-Gradiente de los fluidos en el eductor: 0,425
lpc/pie
-Presión en cabezal tubería de producción: 100
lpc
-Presión en el cabezal revestidor: 0 lpc
-Diferencial de presión en el eductor:240 lpc
-Velocidad máxima: 250 rpm
Consideraciones:
-Se desprecia el volumen de gas
en el anular.
-Se considera una viscosidad
muy baja (1 cps).
-Se asume una tasa de gas en la
bomba, despreciable (RGP/RGL
muy bajas).
-Se utilizan ecuaciones para IP
constante.
-Se considera un factor de
seguridad para el head de 20%.
30
Ejemplo Práctico
Cálculo de la tasa de producción.
IP constante.
��=
�
��−���
��=0,373 3200−1000=821 ���
���=0,370 3200−2645=205 ���
��=100 821−205=0,162 ���/�/���
�
�á�=��∗��=0,162∗821=133 ���/�
Ejemplo Práctico
Cálculo de la tasa de producción.
IP constante.
��=
�
��−���
��=0,373 3200−1000=821 ���
���=0,370 3200−2645=205 ���
��=100 821−205=0,162 ���/�/���
�
�á�=��∗��=0,162∗821=133 ���/�
31
Ejemplo Práctico
Considerando una sumergencia de 200
pies en la bomba el nivel dinámico a
estas condiciones de operación sería de:
3000 ���� (3200´−200´)
Y la presión fluyente sería:
���=0,3700∗3200−3000=74 ���
Finalmente la tasa para un nivel
dinámico de 3000 pies es de:
�=��∗��−���
�= 0,162∗821−74=121 ���/�
Cálculo de la presión de la bomba.
∆�=�
2−�
1
�
1=���+�
1∗�
??????+�
2∗�
�
1=0+0,370∗3200−3000=74 ���
�
2=���+�
3∗��+��
??????�
�
2=100+0,425∗3200+240=1700 ���
∆�=1700−74=1626∗��=1951 ���
����=
1626
0,433
=3755∗��=4506 ����
Se trabajará con 1950 lpc o 4500 pies.
Ejemplo Práctico
Considerando una sumergencia de 200
pies en la bomba el nivel dinámico a
estas condiciones de operación sería de:
3000 ���� (3200´−200´)
Y la presión fluyente sería:
���=0,3700∗3200−3000=74 ���
Finalmente la tasa para un nivel
dinámico de 3000 pies es de:
�=��∗��−���
�= 0,162∗821−74=121 ���/�
Cálculo de la presión de la bomba.
∆�=�
2−�
1
�
1=���+�
1∗�
??????+�
2∗�
�
1=0+0,370∗3200−3000=74 ���
�
2=���+�
3∗��+��
??????�
�
2=100+0,425∗3200+240=1700 ���
∆�=1700−74=1626∗��=1951 ���
����=
1626
0,433
=3755∗��=4506 ����
Se trabajará con 1950 lpc o 4500 pies.
32
Ejemplo Práctico
IPR constante.
Ejemplo Práctico
IPR constante.
33
Ejemplo Práctico
Tipos de bomba.
Con un head de 1370 mts (4500 pies):
Bomba
Diámetro
(pulg)
b/d (100 rpm
y 0 head)
Rpm para 120
b/d y 1950 lpc
30TP2000 2-3/8 34 400
80TP2000 2-3/8 100 145
60TP2000 2-7/8 83 175
120TP2000 3-1/2 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Ejemplo Práctico
Tipos de bomba.
Con un head de 1370 mts (4500 pies):
Bomba
Diámetro
(pulg)
b/d (100 rpm
y 0 head)
Rpm para 120
b/d y 1950 lpc
30TP2000 2-3/8 34 400
80TP2000 2-3/8 100 145
60TP2000 2-7/8 83 175
120TP2000 3-1/2 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
34
Ejemplo Práctico
Selección de bomba.
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-seleccionadas se obtienen
requerimientos de potencias en el eje del impulsor de:
-60TP2000; 5,0 Kw = 6,7 Hp
-80TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
-120TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecánicamente ser instaladas en el pozo, se
seleccionará la bomba 80TP2000 para disponer de cierta capacidad de reserva en caso
de que el pozo responda con mayor producción.
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tubería de 2-3/8" o 2-7/8". Se
asumirá una tubería de 2-7/8CP.
Ejemplo Práctico
Selección de bomba.
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-seleccionadas se obtienen
requerimientos de potencias en el eje del impulsor de:
-60TP2000; 5,0 Kw = 6,7 Hp
-80TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
-120TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecánicamente ser instaladas en el pozo, se
seleccionará la bomba 80TP2000 para disponer de cierta capacidad de reserva en caso
de que el pozo responda con mayor producción.
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tubería de 2-3/8" o 2-7/8". Se
asumirá una tubería de 2-7/8CP.
35
Ejemplo Práctico
Torque requerido.
- El Torque hidráulico:
Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido, el cual es la
fuerza necesaria para levantar el fluido y es función del desplazamiento de la bomba y de
la altura hidráulica.
- Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido:
Es función de la velocidad de rotación, el diámetro y longitud de la sarta de cabillas
(profundidad de la bomba), el área del espacio anular entre las cabillas y la tubería de
producción.
Ejemplo Práctico
Torque requerido.
- El Torque hidráulico:
Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido, el cual es la
fuerza necesaria para levantar el fluido y es función del desplazamiento de la bomba y de
la altura hidráulica.
- Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido:
Es función de la velocidad de rotación, el diámetro y longitud de la sarta de cabillas
(profundidad de la bomba), el área del espacio anular entre las cabillas y la tubería de
producción.
36
Ejemplo Práctico
80TP2000
Ejemplo Práctico
80TP2000
37
Ejemplo Práctico
Carga axial.
-Profundidad de bomba = 3200 pies
-Diámetro de cabillas = 7/8’’
-Fr = 3500 daN
-Altura = 4500 pies
-Bomba serie 2-3/8’’
-Fh = 1000 daN
-Carga axial = 4500 daN = 10115 lbs
= 4,6 Tn
Con la carga axial y la velocidad de
rotación se utilizan las curvas de los
rodamientos de los cabezales de rotación
y en función del cabezal elegido, se
puede calcular el tiempo de vida.
Cabezal de rotación.
Seleccionando el cabezal de rotación
modelo AV1-9-7/8’’, con 4,6 Tn de carga
axial y girando a 145 rpm, se obtiene
una duración mayor a las 100 Mhoras
(más de 11 años)
Ejemplo Práctico
Carga axial.
-Profundidad de bomba = 3200 pies
-Diámetro de cabillas = 7/8’’
-Fr = 3500 daN
-Altura = 4500 pies
-Bomba serie 2-3/8’’
-Fh = 1000 daN
-Carga axial = 4500 daN = 10115 lbs
= 4,6 Tn
Con la carga axial y la velocidad de
rotación se utilizan las curvas de los
rodamientos de los cabezales de rotación
y en función del cabezal elegido, se
puede calcular el tiempo de vida.
Cabezal de rotación.
Seleccionando el cabezal de rotación
modelo AV1-9-7/8’’, con 4,6 Tn de carga
axial y girando a 145 rpm, se obtiene
una duración mayor a las 100 Mhoras
(más de 11 años)
38
Ejemplo Práctico
El diseño es el siguiente:
-Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies.
-Tubería de 2-7/8’’ con cabillas de 7/8’’.
-Velocidad de operación 145 rpm.
-Cabezal de rotación de 9000 lbs.
-La potencia del motor dependerá del equipo de superficie a utilizar, estos son:
motovariador, motoreductor o equipos de poleas y correas.
-La potencia en el eje es de 7,3 Hp.
-El torque del sistema 264 lbs/pie.
Ejemplo Práctico
El diseño es el siguiente:
-Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies.
-Tubería de 2-7/8’’ con cabillas de 7/8’’.
-Velocidad de operación 145 rpm.
-Cabezal de rotación de 9000 lbs.
-La potencia del motor dependerá del equipo de superficie a utilizar, estos son:
motovariador, motoreductor o equipos de poleas y correas.
-La potencia en el eje es de 7,3 Hp.
-El torque del sistema 264 lbs/pie.
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