Producción 2 (bombeo mecanico)

1. Producción 2 Bombeo Mecánico

2. Bombeo Mecánico Su principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de cabillas y mediante la energía suministrada por un motor.

3. Bombeo Mecánico El método de levantamiento artificial más común y antiguo del mundo es el bombeo mecánico. Debido a su simplicidad y robustez, es posible su aplicación en casi todos los tipos de pozos que requieren levantamiento. Sin embargo, existen límites físicos para la aplicación en cuanto profundidad y caudales a levantar.

4. 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 .

5. Bombeo Mecánico 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 . No se recomienda en pozos desviados y tampoco es recomendable cuando la producción de sólidos y/o la relación gas – líquido sea muy alta, ya que afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

6. Bombeo Mecánico Ventajas Desventajas - Puede ser usado durante toda la vida productiva del pozo. - Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gas libre a la entrada de la bomba - La capacidad de bombeo puede ser cambiada fácilmente para adaptarse a las condiciones de productividad del pozo. - En pozos desviados la fricción entre las cabillas y la tubería puede generar fallas en el material - Puede producir intermitente mente, a través del uso de temporizadores y controladores remotos. - La unidad de superficie es pesada, necesita mucho espacio y es obtrusiva al ambiente. - Los componentes son fácilmente intercambiables. - En sitios poblados puede representar un peligro para las personas. - Puede Manejar la producción de pozos con inyección de vapor. - Cuando no se usan varillas de fibra de vidrio la profundidad puede ser una limitante. - Las unidades pueden cambiarse a otros pozos a mínimos costos. - Es eficiente, simple y fácil de operar - Puede levantar petróleos de alta viscosidad y temperatura. - Puede utilizar gas o electricidad como fuente de poder.

7. El sistema de Bombeo Mecánico está compuesto por: Equipo de Superficie (Unidad de Bombeo) Motor Varillas Bomba de Subsuelo Sistema de Bombeo Mecánico Bombeo Mecánico

8. La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotatorio del motor principal en movimiento ascendente y descendente de la sarta de varillas. Este movimiento es denominado recorrido. La Unidad de Bombeo está compuesta por: Caja Reductora ( Gear Reducer ) Contrapesos ( Counterweight ) Unidad de Bombeo Bombeo Mecánico

9. PARTES DE UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO CONVENCIONAL CAJA REDUCTORA CONTRAPESO COJINETE CENTRAL Bombeo Mecánico

10. El Instituto Americano identifica de acuerdo con la geometría y forma de la estructura, tres clases de unidades de bombeo mecánico: Convencional, Neumático, Mark II. De la misma manera el API ha desarrollado un método estándar para la descripción de las unidades de bombeo. TIPO DE UNIDAD C : Convencional A: Balanceadas por aire B: Con contrapeso en el balancín M: Mark II RM: Reverse Mark Máxima carga de diseño estructural en cientos de libras. Máximo Recorrido en pulgadas. Máximo torque en la caja reductora en miles pulg-lbs. Se le adiciona la letra D si la caja tiene doble reducción. C - 320 - 256 - 100 Bombeo Mecánico

11. La función del motor es suministrar la energía que el sistema de bombeo necesita para moverse. La potencia del motor depende de la profundidad de la bomba, nivel de fluido, de la velocidad de bombeo y del balanceo de la unidad y demás características propias del pozo. Hay dos tipos de motores usados principalmente: Motores eléctricos Motores de combustión interna Motor Bombeo Mecánico

12. La sarta de varillas conecta la bomba de subsuelo con la varilla pulida, su principal función es transmitir el movimiento reciprocante de la varilla pulida a la bomba. Varillas Bombeo Mecánico

13. Problemas en Cabillas Fallas por Sobretorque

14. Problemas en Cabillas Fatiga por Diseño y Operación

15. Problemas en Cabillas Fallas por H 2 S

16. Problemas en Cabillas Fallas por CO 2

17. Problemas en Cabillas Fallas por Tensión Fallas por Tensión

18. Problemas en Cabillas Fallas por Pandeo

19. Las partes básicas de la bomba de subsuelo son simples, pero construidas con una gran precisión para asegurar su intercambiabilidad y eficiencia. Estas partes son: Barril Pistón Válvula viajera Válvula fija Bombas de Subsuelo Bombeo Mecánico

20. 20-125-R H B C-10-4-2 Diámetro de la tubería 15= 1.9” OD 20= 2-3/8” OD 25= 2-7/8” OD 30= 3-1/2” OD Diámetro ID de la bomba 125= 1-1/4” 150= 1-1/2” 175= 1-3/4” 200= 2” 225= 2-1/4” 250= 2-1/2” 275= 2-3/4” Tipo de barril para pistón metálico H= de pared gruesa W= de pared delgada Tipo de barril para pistón soft packed S= de pared delgada p= de pared gruesa Longitud total de las extensiones en pies Longitud nominal del pistón en pies Longitud del barril en pies Tipo de anclaje C = Copas M = Metálico Localización del anclaje A = en el Tope B = en el fondo Tipo de bomba R = Inserta T = Tubería El API ha desarrollado un método para la designación de las bombas de subsuelo. Bombeo Mecánico

21. Tipo de Bombas de Subsuelo TP TH RWA RHA Bombas de Tubería: son aquellas en las cuales el barril forma parte integral de la tubería. Esta varilla está conectada al fondo de la tubería y corre con la sarta de la tubería de producción. Bombas de Varilla: Es un ensamble completo de bombeo que va dentro del pozo, sobre la sarta de varillas. Sólo el niple de asentamiento va con la sarta de la tubería de producción a la profundidad de bombeo deseada. Bombeo Mecánico

22. VENTAJAS Diseño del sistema relativamente simple. Unidades fáciles de cambiar a otros pozos con costo mínimo. Eficientes ,simples y fáciles de operar en campo . Puede utilizar bajas presiones para su bombeo. Flexible, puede semejar la rata de desplazamiento a la capacidad del pozo a medida que este declina. Puede levantar petróleo con altas viscosidades y temperaturas . Se puede cambiar fácilmente de la tasa de producción por cambio en la velocidad de bombeo o stroke . Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de supervisión de bomba . Se puede usar motores a gas como movedores primarios si la electricidad no esta disponible . Bombeo Mecánico

23. Bombeo Mecánico DESVENTAJAS No apto para locaciones urbanas. Pesado y voluminoso en operaciones Offshore. Susceptible a las parafinas. El tubing no puede ser revestido internamente para prevenir la corrosión. Alta producción de sólidos. En pozos de gas se obtienen bajas eficiencias volumétricas. Limite de profundidad, debido a la capacidad de las varillas principalmente. Es problemático en pozos con alta desviación . No puede funcionar con excesiva producción de arena . La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre .

24. Tipos de Balancín Unidad Convencional Unidad Mark II Unidad Balanceada por Aire Unidad Reverse Mark Unidad Churchill Beam-Balanced Unidad Low Profile Unidad Rotaflex Unidades Portatiles

25. Unidad 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.

26. Unidad Convencional Ventajas Costos de Mantenimiento bajos. Cuesta menos que otras Unidades. Usualmente es mejor que el Mark II con sarta de cabillas de fibra de vidrio. Puede rotar en sentido horario y antihorario. Puede bombear más rápido que las Unidades Mark II sin problemas. Requiere menos contrabalanceo que las Mark II. Desventajas En varias aplicaciones no es tan eficiente como el Mark II u otros tipos de unidades. Podría requerir cajas de engranaje más grandes que otros tipos de unidad (especialmente con cabillas de acero).

27. Unidad Mark II Se introdujo a principio 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°. 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.

28. Unidad Mark II 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 puedan generar flotación de la sarta de cabillas.

29. Unidad Mark II Tiene menor torque en la mayoría de los casos. Podría costar menos (5%, -10%) comparada con el siguiente tamaño en una unidad convencional. Es más eficiente que las unidades convencionales en la mayoría de los casos. Ventajas Desventajas En varias aplicaciones, no puede bombear tan rápido como una unidad convencional debido a su velocidad en la carrera descendente. Solo puede rotar en sentido anti horario. En caso de existir golpe de fluido podría causar mas daño a la sarta de cabillas y la bomba. Puede colocar la base de la sarta de cabillas en severa compresión causando fallas por pandeo. Puede experimentar torques mas altos que las unidades convencionales cuando se usan cabillas de fibra de vidrio, además, de la posibilidad de colocarlas en compresión

30. Unidad Balanceada por Aire Estas unidades utilizan aire comprimido para compensar la carga y en lugar de haz de pesos tienen manivelas.  El sistema de aire ha sido tan simplificado que las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón equilibrio . La capacidad del depósito del cilindro se agranda por medio de un receptor de acero que se mueve con el cilindro como una unidad . Perfecto contrabalanceo con el torque de los pistones. Longitudes de carrera de hasta 20 pies para pozos con alto potencial. Fácil de Instalar

31. Unidad Balanceadas por Aire Ventajas Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades. Los costos de transporte son mas bajos que otras unidades (debido a que pesa menos) . Vienen en tamaños más grandes que cualquier otro tipo de unidad. Puede rotar tanto en sentido horario como anti horario. Desventajas Son más complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire). La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio problema. La caja de engranaje podría dañarse si el cilindro pierde la presión de aire.

32. Unidad Reverse Mark Aunque la manivela tiene también un ángulo de desfase entre -9 y -12°, ambos están en el mismo brazo. La manivela del Reverse Mark gira sólo en sentido horario. En el campo, la identificación se realiza con el observador colocado al costado de la unidad con el cabezal del pozo a su derecha. A partir del cambio de la posición de las contrapesas, se reduce el torque y el requerimiento de energía . Además la eficiencia de la bomba aumenta debido a que el movimiento reciprocante se reduce.

33. Rotaflex El Rotaflex cumple casi a la perfección con la situación ideal para bombeo mecánico: carrera larga y baja velocidad. Esta combinación asegura un mejor llenado de la bomba y cargas parásitas 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 puede ser hasta un 80% más bajo que los de una unidad Convencional .

34. Rotaflex Otra ventaja del Rotaflex es la facilidad para balancearlo ya que esta operación consiste simplemente en quitar o agregar bloques a la caja de contrapesas. El mantenimiento es muy bajo por ser una unidad con menos partes movibles. Tiene un dispositivo de seguridad que apaga el motor y aplica el freno automáticamente si se produce un cambio de velocidad en la unidad que esté fuera de los valores previamente establecidos por el operador.

35. Unidades Portatiles Es un trailer montado, porta válvulas de una unidad convencional de bombeo que reduce el costo de transporte por carretera.  Puede ser levantado y totalmente, funcional en pocos minutos en el sitio así. Estas unidades están disponibles para la venta, alquiler o arrendamiento. Las aplicaciones típicas incluyen: la eliminación de los fluidos de fracturamiento, stripper pozo de bombeo, extracción de agua de gas, pruebas de pozos, y una alternativa a las unidades de limpieza.

36. Bombeo Mecánico Consideraciones para Bombeo Mecánico: Bomba de Subsuelo. Tasa de Producción. Manejo de Sólidos. Profundidad y Sarta de Cabillas. Costos de Inversión. Cargas en las cabillas y cajas de engranajes. Costos de energía y eficiencia del sistema.

37. Bombeo Mecánico Cartas Dinamométricas

38. Cartas Dinamométricas

39. Cartas Dinamométricas Anclajes Libres o Flojos: la válvula viajera abre durante la carrera descendente, la carga del fluido es transferida al pistón provocando un estiramiento en la sarta de tubería. Llenado Completo de Bomba: Condiciones de operación normal de la bomba

40. Cartas Dinamométricas Desgaste de Válvula o Pistón: Cuando el pistón atraviesa la sección desgastada, ocurre una fuga de fluido, causando una caída de carga de fluido. Golpe de Bomba: Cuando el pistón de la bomba queda espaciado muy abajo, puede quedar golpeando el fondo en la carrera descendente.

41. Cartas Dinamométricas Golpe de Fluido: Cuando la bomba se llena parcialmente en la carrera ascendente, debido a bajo aporte de la formación. Interferencia por Gas: Este problema puede ocasionar el bloqueo total de la bomba y el pozo se queda sin producción.