El bombeo mecanico

Introducción

El bombeo mecánico es el método de producción primaria mediante elevación artificial del fluido que se encuentra en el pozo y que por falta de energía no puede surgir a superficie. Es uno de los métodos más utilizados a nivel mundial (80-90%). Consiste en una bomba de subsuelo de acción reciprocante que es abastecida con energía transmitida a través de una sarta de varillas (cabillas). La energía proviene de un motor eléctrico o de combustión interna, la cual moviliza a una unidad de superficie mediante un sistema de engranaje y correas.

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 .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 sean muy alta, ya que afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

Levantamiento artificial por bombeo mecánico

¿En qué consiste?

El bombeo mecánico es el método más usado en el mundo. Consiste 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 pesados y extra pesados, aunque también se utiliza en la producción de crudos medianos y livianos.

La función principal de la unidad de bombeo mecánico es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de cabillas y estas, la bomba de subsuelo. La unidad de bombeo, en su movimiento, tiene dos puntos muy bien definidos: muerto superior y muerto inferior.

Cuando el balancín está 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. Al mismo tiempo, la columna de fluido ejerce una presión sobre la válvula viajera y permanecerá cerrada durante la carrera ascendente.

VENTAJAS

• Gracias al desarrollo de simuladores, hoy en día es muy fácil el análisis y diseño de las instalaciones.

• Puede ser usado prácticamente durante toda la vida productiva del pozo.

• La capacidad de bombeo puede ser cambiada fácilmente para adaptarse a las variaciones del índice de productividad, IPR.

• Puede producir intermitentemente mediante el uso de temporizadores (POC´s) o variadores de frecuencia conectados a una red automatizada.

• Puede manejar la producción de pozos con inyección de vapor.

DESVENTAJAS

• Susceptible de presentar bloque por excesivo gas libre en la bomba.

• En pozos desviados la fricción entre las cabillas y la tubería puede inducir a fallas de material.

• La unidad de superficie es pesada, necesita mucho espacio y es obtrusiva al ambiente.

• En sitios poblados puede ser peligrosa para las personas.

• Cuando no se usan cabillas de fibra de vidrio, la profundidad puede ser una limitación.

APLICACIONES

• Pozos de profundidades hasta 8000 pies (no mayores a 9000 pies).

• Pozos de crudos extrapesados, pesados, medianos y livianos.

• No es recomendable aplicar en pozos que producen altos volúmenes de gas.

• Puede realizar levantamientos de crudos a altas temperaturas, así como de fluidos viscosos.

• No debe existir presencia de arena.

• Solo en pozos unidireccionales.

• Se puede usar en pozos desviados.

• Este método de levantamiento se encuentra entre 20 y 2000 (BPPD).

EPM (embolas por minutos)

Estas son las cifra de repeticiones continuas del movimiento ascendente y descendente (emboladas) que mantienen el flujo hacia la superficie. Como en el bombeo mecánico hay que balancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancín o en la manivela. Los diámetros de la bomba varían de 25,4 a 120 milímetros. El desplazamiento de fluido por cada diámetro de bomba depende del número de emboladas por minuto y de la longitud de la embolada, que puede ser de varios centímetros hasta 9 metros.

Existen instrumentos que contabilizan el número de emboladas, donde se demuestran en pantallas de cristal líquido (LCD), estos aparatos monitorean y presentan la velocidad del número de emboladas por minuto (EPM) y el número total de emboladas de las bombas. Se calcula de la velocidad de cada embolada y actualiza la pantalla de velocidad de bombeo de cada segundo, contabiliza aproximadamente de 6 a 350 emboladas por minuto y de 0 a 9999emboladas totales acumuladas. El Contador de emboladas es accionado por medio de una batería con una vida útil de 3 años. El control de la unidad es por medio de cristales, razón por la cual no requiere de calibración. Presenta también, un indicador de bajo voltaje de la batería y un sistema único de paro total en situaciones donde se presente un voltaje extremadamente bajo, para prevenir daños a las pantallas LCD.

La caja, construida en acero inoxidable, es resistente al agua. Todos los letreros se gravan permanentemente en la caja. El paquete completo está diseñado para operar en forma confiable en el medio ambiente de perforación de pozos petroleros, con altas vibraciones y uso constante, tanto en localizaciones en tierra como costa afuera

LONGITUD DE CARRERA

Distancia que recorre el vástago desde el tope hasta el fondo, con un diámetro ya establecido, una carrera larga por ejemplo, puede llegar hasta 9.3 metros se debe hacer lo posible por trabajar a bajos ciclos por minuto esto permite un completo llenado de la bomba y una menor carga dinámica, pero cuando la carrera es muy larga el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes es demasiado grande, para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse vástagos de diámetros superior a lo normal. Además al prolongar la carrera de distancia entre cojinetes aumenta, y con ello, mejora la guía del vástago.

Equipos a nivel de superficie

Motor: Es el encargado de suministra la energía necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de pozo. Es motores pueden ser de combustión interna o eléctricos.

Caja de engranaje: Se utiliza para convertir energía del momento de rotación, sometidas a altas velocidades del motor primario, a energía de momento de rotación alto de baja velocidad. La maquina motriz se conecta al reductor de velocidad (caja de engranaje) mediante correa. El reductor de velocidad puede ser: Simple, doble o triple. La reductora doble es la más usada.

Manivela: Es la responsable de trasmitir el movimiento de la caja de engranaje o transmisión a la biela del balancín, que está unida a ellos por pínes se están sujetas al eje de baja velocidad de la caja de engranajes y cada una de ellas tienen un número igual de orificios, los cuales representan una determinada carrera del balancín, en ellos se colocan los pines de sujeción de las bielas. El cambio de pines de un hueco a otro se llama cambio de tiro.

Pesas o contrapeso: Se utiliza para balancear las fuerzas desiguales que se originan sobre el motor durante a las carreras ascendente y descendente del balancín a fin de reducir la potencia máxima efectiva y el momento de rotación. Estas pesas generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades sobre la viga principal, en el extremo opuesto el cabezote.

Prensa estopa: Consiste en una cámara cilíndrica que contienen los elementos de empaque que se ajustan a la barra pulida permitiendo sellar el espacio existente entre la barra pulida y la tubería de producción, para evitar el derrama de de crudo producido.

Unidad de bombeo: Su función principal es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de cabilla y estas, la bomba de subsuelo Mediante la acción de correas y engranajes se logra reducir las velocidades de rotación.

Equipos a nivel de subsuelo

El equipo de subsuelo es el que constituye la parte fundamental de todo el sistema de bombeo. La API ha certificado las cabillas, las tuberías de producción y bomba de subsuelo.

Tubería de Producción: La tubería de producción tiene por objeto conducir el fluido que se está bombeando desde el fondo del pozo hasta la superficie. En cuanto a la resistencia, generalmente la tubería de producción es menos crítica debido a que las presiones del pozo se han reducido considerablemente para el momento en que el pozo es condicionado para bombear.

Cabillas o Varillas de Succión: La sarta de cabillas es el enlace entre la unidad de bombeo instalada en superficie y la bomba de subsuelo. Las principales funciones de las mismas en el sistema de bombeo mecánico son: transferir energía, soportar las cargas y accionar la bomba de subsuelo.

Anclas de Tubería: Este tipo está diseñado para ser utilizados en pozos con el propósito de eliminar el estiramiento y compresión de la tubería de producción, lo cual roza la sarta de cabillas y ocasiona el desgaste de ambos. Normalmente se utiliza en pozos de alta profundidad. Se instala en la tubería de producción, siendo éste el que absorbe la carga de la tubería. Las guías de cabillas son acopladas sobre las cabillas a diferentes profundidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias anteriores de un elevado desgaste de tubería.

Bomba de Subsuelo: Es un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante), la cual es accionada por la sarta de cabillas desde la superficie. Los componentes básicos de la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran precisión para asegurar el intercambio de presión y volumen a través de sus válvulas. Los principales componentes son: el barril o camisa, pistón o émbolo, 2 o 3 válvulas con sus asientos y jaulas o retenedores de válvulas.

Pistón: Su función en el sistema es bombear de manera indefinida. Está compuesto básicamente por anillos sellos especiales y un lubricante especial. El rango de operación se encuentra en los 10K lpc y una temperatura no mayor a los 500°F.

BOMBAS DE SUBSUELO

Es el primer elemento que se debe considerar al diseñar una instalación de bombeo mecánico para un pozo, ya que del tipo, tamaño y ubicación de la bomba depende el resto de los componentes. Es una bomba de desplazamiento positivo.

Tipos de bombas de subsuelo

BOMBAS DE TUBING (TH): Son bombas resistentes en su construcción y simples en su diseño. El barril se conecta directamente al tubing y la sarta de varillas se conecta directamente al pistón. En la parte inferior del barril se ubica un niple de asiento, que alojará la válvula fija. Una de las posibilidades es bajar la válvula fija con un pescador acoplado a la parte inferior del pistón, hasta fijarla al niple. Luego el pistón se libera de la válvula fija, rotándolo en sentido contrario a las agujas del reloj. La bomba TH provee el máximo desplazamiento de fluido para una determinada cañería de producción, el diámetro del pistón es ligeramente menor que el diámetro interno del tubing. De estructura robusta, el barril de pared gruesa está conectado directamente al tubing por un niple. Las varillas se conectan directamente a la jaula superior del pistón, eliminando la necesidad de usar vástago. Las ventajas de esta bomba la hacen una de las más utilizadas por los productores en pozos que no requieren frecuentes intervenciones.

Como factores limitativos se puede señalar que: Para cambiar el barril hay que sacar todo el tubing. No es lo más aconsejable para pozos con gas, ya que tiene un gran espacio nocivo debido al pescador de la válvula fija, lo que en este caso reduce la eficiencia de la bomba. Los grandes volúmenes desplazados hacen que las cargas en las varillas y el equipo de bombeo sean muy importantes. Estas cargas también provocan grandes estiramientos de tubing y varillas con consecuencias en la carrera efectiva de la bomba.

BOMBAS INSERTABLES (RH / RW): Su característica principal es que se fijan al tubing mediante un sistema de anclaje, por lo cual para retirarlas del pozo no es necesario sacar el tubing, ahorrando en esta operación, más del 50 % de tiempo. Para su instalación, se debe colocar en el tubing un elemento de fijación denominado niple de asiento. Posteriormente se baja la bomba mediante la sarta de varillas, hasta que el anclaje de la bomba se fija al asiento, quedando ésta en condiciones de operar. El uso ampliamente difundido de estas bombas ha llevado al diseño de una gran variedad de opciones en bombas insertables, entre otras:

BOMBA DE BARRIL MÓVIL CON PARED FINA O GRUESA (RWT – RHT): La particularidad de esta bomba es que el elemento móvil es el barril con su válvula, en lugar del pistón. En este caso, el pistón está anclado al asiento mediante un tubo hueco denominado tubo de tiro. Las válvulas fija y móvil están ubicadas en la parte superior del pistón y del barril respectivamente. El movimiento del barril, en su carrera ascendente y descendente, mantiene la turbulencia del fluido hasta el niple de asiento, imposibilitando que la arena se deposite alrededor de la bomba aprisionándola contra el tubing. Al tener la válvula móvil en la jaula superior del barril, en caso de pararse el pozo por alguna causa, la válvula se cerrará impidiendo el asentamiento de la arena dentro de la bomba, lo cual es de suma importancia ya que sólo una pequeña cantidad de arena depositada sobre el pistón es suficiente para que éste se aprisione al barril cuando la bomba se ponga en marcha nuevamente.

Las siguientes son importantes ventajas de este diseño:

• Las varillas se conectan directamente a la jaula superior del barril, que es mucho más robusta que la jaula superior del pistón.

• Ambas válvulas tienen jaulas abiertas que permiten un mayor pasaje de fluido.

• Por ser una bomba de anclaje inferior, las presiones dentro y fuera del barril son iguales, haciéndola más resistente al golpe de fluido.

Se pueden considerar como limitaciones las siguientes:

• No es aconsejable en pozos con bajo nivel dinámico debido a la mayor caída de presión entre el pozo y la cámara de la bomba, producida por la circulación del fluido en el interior del tubo de tiro.

• Como la válvula fija está en el pistón, es de menor dimensión que la válvula fija de una bomba de barril estacionario. Si, debido a la profundidad, el peso del fluido es importante puede llegar a pandear el tubo de tiro.

BOMBA BARRIL DE PARED FINA O GRUESA CON ANCLAJE INFERIOR (RWB–RHB): En este tipo de bomba el anclaje está colocado por debajo de la válvula fija del barril, por lo tanto las presiones dentro y fuera del barril en la carrera descendente son iguales y la profundidad no debiera ser un inconveniente. Una excepción es el caso en que, por excesiva restricción en la válvula de entrada (fluido muy viscoso u obturación parcial de la válvula), el barril no se llena completamente durante la carrera ascendente, disminuyendo la presión en el interior del mismo y produciendo la falla por abolladura o colapso. Es ideal para pozos con nivel dinámico de fluido bajo, no sólo porque la entrada a la bomba está muy próxima a la válvula del barril, sino también porque esta válvula es mayor que la correspondiente a la RHT y RWT. Ambas condiciones mejoran notablemente el llenado de la bomba.

El inconveniente más importante se produce en pozos con presencia de arena, la cual decanta y se deposita entre el barril y el tubing desde el anclaje inferior hasta la parte superior de la bomba, impidiendo la extracción de la misma. Esta situación obliga a la extracción del tubing lleno de petróleo. Debido a que el barril está abierto en la parte superior, y en caso de operaciones intermitentes durante la parada del equipo, la arena u otros elementos se pueden introducir en el interior de la bomba, bloqueando el pistón en el arranque.

BOMBA BARRIL DE PARED FINA O GRUESA CON ANCLAJE SUPERIOR (RWA–RHA): Las bombas de anclaje superior son extensamente usadas en el bombeo de fluidos con arena. Por su diseño, la descarga de fluido de la bomba se produce prácticamente a la altura del anclaje evitando el depósito de arena sobre el mismo y por lo tanto el aprisionamiento de la bomba. Debe prestarse especial atención en las instalaciones profundas, sobre todo en el caso de barriles de pared fina, ya que la presión interior durante la carrera descendente es a menudo muy superior a la exterior creando riesgo de reventón del barril. En esta breve descripción de equipos, ventajas y limitaciones de los mismos y variedad de aplicaciones, se puede apreciar que la tarea de seleccionar la bomba más adecuada puede resultar bastante compleja.

Especificaciones de las bombas de subsuelo

Cabillas

Tipos de cabillas

Cabillas api o convencionales: Existen tres tipos de cabillas API de acuerdo al material de su fabricante C., D, K. Las longitudes de las cabillas pueden ser de 25 o 30 pies, utilizando niples de cabillas (tramos de cabillas de menor longitud), en los casos que ameriten para obtener la profundidad de asentamiento de la bomba, otros elementos adicionales de la sarta de cabilla s podrían ser una barra (Sinker Bar), diseñado para adicionar peso al colocar en la parte inferior de la barras de peso es de 1 ½ a 2 pulgadas. En pozos productores de crudo pesado; donde se crea una especie de colchón que aumenta el efecto de flotación de las cabillas durante su carrera descendiente, dificultando el desplazamiento del pistón dentro del barril de la bomba 0, con una consecuente disminución de la eficiencia volumétrica de la bomba, es ventajoso utilizar barra de peso en la sarta de cabillas, ya que facilita el desplazamiento de crudo viscoso al mantener tensión en la sarta de cabillas.

Cabillas no api o continuas: Son aquellas cabillas que no cumplen con las normas API, ellas son; Electra, continuas, fibra de vidrio dentro de las cuales las más usadas son las cabillas continuas, su elongación es 3.8 veces mayor que las cabillas de acero para la igual carga y diámetro.

Ventajas

• a) La ausencia de cuellos y uniones elimina la posibilidad de fallas por desconexión.

• b) La falta de uniones y protuberancias elimina la concentración de esfuerzos en un solo punto y consiguiente desgaste de la unión y de la tubería de producción.

• c) Por carecer de uniones y cuellos, no se presentan los efectos de flotabilidad de cabillas.

Desventajas

• a) Presentan mayores costos por pies que las cabillas convencionales.

• b) En pozos completados con cabillas continuas y bomba de tubería, la reparación de la misma requiere de la entrada de una cabria convencional

Especificaciones de las Cabillas

• Se fabrican en longitudes de 25 pies, aunque también pueden manufacturarse de 30 pies.

• Se dispone de longitudes de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 y 12 pies denominados por lo general niples de cabilla´ que se utilizan para complementar una longitud determinada y para mover la localización de los cuellos de cabillas, a fin de distribuir el desgaste de la tubería de producción.

• Se fabrican en diámetros de 5/8, 3/4, 7/8, 1, 1-1/8 de pulgadas

Diagrama de Goodman

El sistema de bombeo mecánico (sucker rod pumping) requiere de varillas de bombeo para poder transmitir el movimiento alternativo desde la superficie al pistón de la bomba. Durante este proceso alternativo, las varillas de bombeo están sometidas a cargas máximas y mínimas, pasando por estados intermedios. Este sometimiento a cargas cíclicas tiende a llevar al material a la fatiga del mismo, lo que entre otras cosas provocará una modificación en su límite máximo en lo que respecta a la tensión máxima admisible (ya no regirá la tensión admisible en condiciones estáticas).

Si bien no existe una relación que nos permita conocer el comportamiento en fatiga de un acero con datos estáticos, se han logrado buenas aproximaciones. Goodman recopiló y generalizó los ensayos de Wöhler y los resumió en un diagrama, el Diagrama de Goodman que establece la zona de trabajo segura para cada material y para un número dado de ciclos. A continuación se presenta una planilla de cálculo que permite calcular y graficar las tensiones mínimas, máximas y las admisibles para distintos tramos de varillas de bombeo, basado en el Diagrama de Goodman modificado por el API.

UNIDADES DE SUPERFICIE

• Unidad de bombeo hidráulico (ubh)

El motor mueve una bomba hidráulica, para que mediante el sistema hidráulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos hidráulicos).

• Unidad de balancín (bimba)

En una BIMBA el motor mediante la reducción de engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el balancín.

• Dinámica de balanceo

El peso de la sarta de varillas, la sarta y la columna de fluidos desequilibran la fuerza necesaria para el movimiento reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el aparejo, y solo de la gravedad para bajarlo.

Para disminuir este esfuerzo el peso del aparejo se equilibra o balancea con masas de acero (contrapesos), en el caso de las BIMBA y de la UBH, con la fuerza que proporciona el nitrógeno a presión.

Una vez balanceado, solo es necesaria poca fuerza para subir y bajar la bomba en el fondo, esto reduce por mucho el consumo de energía necesaria.

TIPOS DE BALANCIN.

• Unidad Convencional

Es el más antiguo y usado en la industria. Las unidades convencionales basan su geometría en un sistema de palanca CLASE I, es decir, con un punto de apoyo en medio de la viga balancín. La rotación de la manivela puede ser en ambas direcciones.

Ventajas

• a) Bajo costo de mantenimiento.

• b) Costos menores que otro tipo de unidades.

• c) Puede girar en sentido de las agujas del reloj y de forma contraria.

• d) Puede bombear más rápido que la Mark II sin problemas.

• e) Requiere menos balanceo que la Mark II.

Desventajas

• a) Para muchas aplicaciones, no es tan eficiente como la Mark II.

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

• Unidad Mark II

Las unidades Mark II basan su geometría tres ciertas características, las cuales reducen el torque y la carga con respecto a una unidad convencional. Estas son:

• La ubicación de la caja reductora.

• Un punto de apoyo en el extremo de la unidad.

• Una manivela desfasada.

Adicionalmente los costos del tamaño de motor y electricidad pueden ser reducidos.

Ventajas

• a) Tiene bajo torque en muchos casos (con varillas de acero)

• b) Puede bajar entre 5 y 10% los costos, comparada con el siguiente tamaño de la unidad convencional.

Desventajas

• a) En muchas aplicaciones no puede bombear tan rápido como la convencional.

• b) Puede girar solamente en sentido contrario a las agujas del reloj.

• c) Puede causar mas daño a las varillas y bomba en caso de fluido pesado.

• Unidad Balanceada por Aire

La utilización de aire comprimido en vez de pesadas manivelas y contrapeso, el sistema de aire ha sido tan simplificado que las únicas partes de funcionamiento continuo son el cilindro y el pistón equilibrio. Como resultado el tamaño de la unidad es considerablemente más pequeño, minimizando los costos de traslado y montaje.

Ventajas

• a) Es más compacta y fácil de balancear que las otras unidades.

• b) Los costos de envío son más bajos que otras unidades (debido a que pesa menos).

• c) Puede rotar tanto en sentido horario como antihorario.

Desventajas

• a) Son más complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire).

• b) La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio problema.

• c) La caja de engranaje podría dañarse si el cilindro pierde la presión del aire.

• Unidad Reverse Mark II

Esta unidad ofrece una alternativa mejorada al diseño y geometría de las unidades convencionales. A pesar de las similitudes en la apariencia, la geometría de las unidades Reverse Mark II pueden reducir el torque y los requerimientos de potencia en muchas aplicaciones de bombeo.

• Unidad de Bombeo Churchill

Disponibles únicamente por el fabricante Lufkin, estas ofrecen la misma dureza y resistencia que las unidades convencionales. Han sido utilizadas regularmente en pozos poco profundos.

• Unidades de Bombeo de Bajo Perfil

Unidades de bombeo compactas diseñadas para la instalación en campos de irrigación con sistemas de aspersores móviles o en aéreas urbanas donde las características del bajo perfil serian deseadas.

• Unidades de Bombeo Rotaflex

Utiliza tecnología probada en innovación en el diseño para proveer una eficiencia excelente y eficacia en los costos para pozos profundos, problemáticos y de alto potencial.

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 carga parasitas muy bajas (aceleración, fricción mecánica y viscosa) y por eso la carta de superficie de instalación con Rotaflex, es casi parecida a la ideal.

Características para reducir significativamente los costos de levantamiento con diseños de carreras largas:

• Manejo eficiente de altos volúmenes, mayores cargas y desviación de pozos.

• Reduce el desgaste y las cabillas en las tuberías. Incrementando la vida útil.

• Menos ciclos.

• Aumento en la eficiencia del sistema.

• Fácil de instalar y hacer servicio.

• Torques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de energía.

• Reducción significativa de las cargas dinámicas. Resultando en menores costos operacionales.

• Proporciona una mejor razón de compresión a la bomba lo que minimiza problemas de bloqueo por gas.

• Facilidad para balancearlo ya que esta operación consiste simplemente en quitar o agregar bloques a la caja de contrapeso.

• Unidad de Bombeo Dynapump

Es un sistema de unidad de bombeo computarizado. Utiliza sensores electrónicos, equipamiento hidráulico y sistemas de monitoreo computarizado con el propósito de extraer petróleo lo mas eficientemente posible para pozos profundos como para pozos someros.

El Dynapump consiste en dos componentes principales, que son la unidad de bombeo y la unidad de potencia. La unidad de potencia maneja la unidad de bombeo y es el control central del sistema. Este consiste en una computadora controlada con un sistema de modem radio, electrónica solida, controladores de motor y bombas hidráulicas.

Motores

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 del fluido, de la velocidad de bombeo y del balanceo de la unidad y demás características propias del pozo, normalmente se usan dos tipos de motores, unos eléctricos y otros de combustión interna podemos definirlo de la siguiente manera.

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos electromagnéticos variables. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores

Un motor de combustión interna, es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.

Cartas dinagráficas

La producción petrolera requiere cada día instrumentos de análisis muy sofisticados que le permitan mantener su ritmo y sus costos.

Una de las herramientas más usadas en el diagnóstico operacional de pozos de bombeo mecánico es el de las Cartas Dinagráficas de Fondo. Estas cartas son curvas de esfuerzo versus desplazamiento de la cabilla de la bomba pero calculadas en el fondo del pozo a partir de datos tomados en la superficie. Para este cálculo uno de los métodos más usados es el de la solución de la ecuación de onda de la cabilla, método desarrollado por Gibbs en los años sesenta.

La acertada identificación de problemas de fondo es esencial en el bombeo mecánico para lograr una producción óptima y reducir los costos de operación y mantenimiento. Es necesario desarrollar y aplicar metodologías que permitan identificar de forma rápida problemas que puedan afectar la operación. La condición mecánica y desempeño del equipo de fondo (sarta de varillas, bomba, válvulas, entre otros componentes) y las propiedades físicas del pozo, como interferencia de gas y fugas en las bombas, pueden ser evaluadas utilizando cartas dinagráficas.

Se presenta una metodología de análisis de fallas y condiciones de operación del sistema de bombeo, que incluye el desarrollo de un software de análisis basado en redes neuronales para identificar problemas en el sistema usando dinagramas de fondo.

El sistema desarrollado permitió identificar un conjunto de los problemas más comunes con una alta precisión y es una herramienta que podría asistir a ingenieros y personal de operaciones en los trabajos diarios en sistemas de bombeo mecánico. Adicionalmente, fue desarrollada una funcionalidad básica para identificar las cartas más cercanas de acuerdo a características estadísticas y geométricas, la cual puede ser usada como punto de partida para desarrollar un sistema inteligente para predecir potenciales fallas a futuro.

LIDESoft, S.A., conjuntamente con PROYTEK, S.A., ha desarrollado prototipos de software y hardware para hacer este tipo de cálculos y mostrarlo a operadores en forma gráfica para su inmediato análisis y estudio. Para ello se desarrolló una interfaz con protocolo Modbus que permite leer los datos de la carta de superficie de una unidad remota de adquisición de datos. Estos datos son procesados por lote en un computador para resolver la ecuación de onda particular de ese pozo y mostrar la carta de fondo.

El desarrollo está hecho tanto en lenguaje C como en Python para asegurar rapidez de ejecución y versatilidad en el mantenimiento del código del programa. Se usan además poderosas librerías en software libre que permiten el análisis de los datos sin importar si la máquina cliente es en Windows o en Linux. La unidad remota usada es la Sixnet IPM la cual es programada en C y cuenta con ambiente linux incorporado.

Diseño de una competición de pozo con bombeo mecánico

Este sistema de levantamiento artificial es el más antiguo y el más utilizado en el mundo, debido principalmente a los bajos costos operativos, facilidad operativa y bajos riesgos de derrame por ser una operación a baja presión. El sistema es accionado por un motor a diesel o eléctrico, que alimenta la potencia necesaria por movimiento rotacional. La unidad de transmisión transfiere la energía suministrada por el motor a través de correas y engranajes al balancín, el cual transforma dicha energía en movimiento armónico simple. Este movimiento es transferido desde el balancín a la barra pulida y de ésta a la sarta de varillas quien a su vez acciona la bomba de subsuelo y finalmente por diferencia de nivel desplaza el fluido por la tubería de producción hacía la superficie.

El bombeo mecánico generalmente consiste en el balancín, el cabezal del pozo, el vástago pulido, las cabillas, el cuello de las cabillas y la bomba mecánica. El sistema de bombeo mecánico está constituido principalmente por:

EQUIPO DE SUPERFICIE

• Unidad de bombeo (Balancín)

• Motor de la unidad

• Cabezal del pozo

• Barra pulida

EQUIPO DE SUBSUELO

• Tubería de producción

• Sarta de varillas

• Bomba de subsuelo

• Ancla de gas

• Ancla de tubería

Completación de pozos con bombeo mecánico

Conclusión

La aplicación del bombeo mecánico, como método de producción de fluidos constituye un factor relevante dentro de la industria petrolera. Cuando los yacimientos han declinado su presión a tal punto que no producen de manera artificial, habrá un efecto causado por las presiones capilares que pueden hacer que un cierto volumen de fluido se eleve a una cierta profundidad del pozo, y es en este momento cuando la utilización de las unidad de bombeo mecánico que este en uso, tiene la función de terminar de levantar esa columna de fluidos que se elevo hasta cierta profundidad del pozo.

El uso de cada una de las unidades de superficies (Balancín) como método de recuperación secundaria, debe depender de ciertos parámetros a evaluar. Estos parámetros son la productividad que tenga el equipo de manejar la producción disponible y de soportar las cargas generadas por los fluidos y equipos de bombeo del pozo, así como también los niveles de profundidad a los que estarán sometidos y en los cuales influye los esfuerzos de tensión, elongación y peso. El objetivo principal siempre es recuperar la mayor cantidad de hidrocarburos de la formación, de acuerdo al programa de producción, la demanda y la capacidad instalada.

Autor:

Yasmarin

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS

MATURÍN, NOVIEMBRE DE 2012