- Unidad de Bombeo
- Motor
- Cabillas
- Bomba de Sub-suelo
- Bombas de Cavidades Progresivas o PCP
- Bombeo electrosumergible o ESP
- Manejo de las operaciones de campo
- Tipos de Unidades de Bombeo
- Balancin API
- Hidraulico
Desarrollo
El revestimiento y la manera de terminar el pozo puede ser muy parecida a la antes descrita para pozos de flujo natural, excepto que la gran diferencia estriba en cómo hacer llegar el petróleo desde el fondo del pozo a la superficie.
El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta presión, suficiente para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por tanto, el bombeo mecánico no es más que un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie. El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, 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 o de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo
La válvula fija 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 de educción. 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
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. Otra modalidad es el balanceo neumático, cuya construcción y funcionamiento de la recámara se asemeja a un amortiguador neumático; generalmente va ubicado en la parte delantera del balancín. Este tipo de balanceo
se utiliza para bombeo profundo.
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. Por tanto, el bombeo puede ser de fracciones de metro cúbico hasta unos 470 metros cúbicos/día.
Las bombas son del tipo llamado de tubería de educción, ya que el cilindro o pistón de la bomba va conectado a la tubería de educción y se mete en el pozo como parte integral de la sarta a la profundidad deseada de bombeo. El émbolo de la bomba, que lleva la válvula viajera, constituye la parte extrema inferior de la sarta de varillas de succión. La sarta de varillas se mete en la tubería de educción hasta llegar a la válvula fija, ubicada en el fondo del cilindro. Luego se sube la sarta de varillas cierta distancia y por medio del vástago pulido, colgador y riendas se fija en el balancín, de manera que en la carrera descendente no golpee la válvula fija.
Otro tipo de bomba es la integral, en la cual todos sus elementos conforman una sola pieza, que utilizando la sarta de varillas se puede colocar o extraer, sin necesidad de sacar la sarta de educción, para cambiarle algunos de sus componentes o reemplazarla por otra del mismo diseño. Este tipo requiere que la sarta de educción sea provista de un niple adecuado o dispositivo similar para encajarla. Como las válvulas fija y viajera deben ser resistentes a la corrosión y a la abrasión, sus esferas y asientos se fabrican de acero inoxidable, acero templado, metal monel, aleaciones de cobalto, acero tungsteno o bronce.
Las varillas de succión son hechas de varias aleaciones de metales. Están sujetas a un funcionamiento mecánico que le impone esfuerzos de estiramiento, encogimiento y vibración; fatiga, corrosión, erosión. Cada varilla tiene en un extremo una espiga (macho) redonda, sólida y roscada, y más abajo del hombrillo, en forma cuadrada, una muesca para encajar la llave para el enrosque y desenrosque. En el otro extremo lleva la caja o conexión hembra, internamente roscada, con muesca exterior o con muesca por debajo de la caja, para otra llave que facilita el enrosque o desenrosque de la varillas una tras otra.Las varillas se fabrican, generalmente, en diámetros de 15,9; 19; 22,2; 25,4 y 28,6 milímetros, con sus correspondientes dimensiones para la espiga, hombrillo, caja, muesca, etc.
La longitud de las varillas es de 7,6 y 9,15 metros. El peso de las varillas, en kg/30 metros de longitud, va desde 32,7 a 167,3 kilogramos. Para cada diámetro de tubería de educción existe un diámetro adecuado de varillas, para mayor efectividad de funcionamiento.
Es el sistema más reconocido de bombeo. Utiliza un movimiento vertical transmitido por contrapesos y un brazo mecánico que sube y baja.
La bomba en sí misma se encuentra en el fondo y se le transmite el movimiento a través de varillas que hacen su recorrido por dentro del tubing. Al descender, la válvula inferior se cierra y el pistón de la bomba baja llenándose de petróleo. Al subir, la válvula inferior se abre y mientras el pistón jala el petróleo que tiene dentro hacia arriba, a la vez llena la parte inferior por succión con una nueva carga que posteriormente elevará.
Así opera en forma alternativa o batch. Dado el gran brazo de torque que tienen, son el tipo de bomba preferido en caso de tener que generar grandes presiones. La motorización puede ser eléctrica o con motor a explosión.
Este es un método muy difundido en nuestro país y uno de los más antiguos.
Fué de hecho el primer sistema artificial de bombeo. Los equipos actuales poco tienen que ver con sus antecesores desde el punto de vista materiales, pero el concepto operativo es idéntico. No es el más económico ni en su costo inicial ni operativo ya que poseen una estructura relativamente grande en la superficie y esto unido a la inclemencia del clima patagónico, implica un mantenimiento importante para asegurar su funcionamiento.
Unidad de Bombeo:
Es una unidad integrada cuyo objetivo es cambiar el movimiento angular del eje del motor a reciproco vertical, a la velocidad apropiada con el proposito de accionar la sarta de cabillas y bomba de subsuelo.
Motor:
Equipo que suministra el movimiento y potencia a la unidad de bombeo para levantar los fluidos del pozos. Este puede ser un equipo de combustion interna o electrico sinendo este ultmo el de mayor utilzacion en la industria.
Cabillas:
Elemento de conexión entre la unidad de bombeo, instalda en la superficie y la bomba de sub-suelo. Mediante de esta se transmite el movimiento reciproco vertical a la bomba para el desplazamiento del fluido generalmente son productos de acero y por lo tanto poseen propiedades de masa y elastisdad.
Bomba de Sub-suelo:
Es una bomba de piston de desplazamiento positivo, desde su profundidad de instalacion hasta la superficie, que funciona por diferenciales de presion mediante bolas y asientos, para permitir la entrada y sello de fluido en ciclos periodicos sincronizados.
Bomba Mecánica
Fuente:
Bombas de Cavidades Progresivas o PCP (Progressing Cavity Pump)
Este sistema es muy simple y económico. La instalación de superficie es considerablemente menor que la de un bombeo mecánico, pero tiene limitaciones en cuanto a la presión que puede generar y esto va en línea directa con la capacidad de producción.
Operan como un tornillo. La bomba está en el fondo del pozo, y es comparable con un tornillo gigante recubierto por un polímero muy duro. La fuerza motriz la entrega un motor en la superficie (eléctrico o a explosión). La transmisión es realizada por un eje de varillas, similar al de las bombas mecánicas, pero en este caso, el movimiento es rotante lo cual disminuye mucho el desgaste por rozamiento de las mismas.
Es el método preferido en el caso de no tener grandes presiones o en caso de tener intrusiones de arena ya que las bombas pueden operar sin destruirse en sus partes mecánicas ni tener un desgaste excesivo.
Es un sistema bastante nuevo originado en Canadá. Su costo inicial y operativo son muy buenos, pero tienen, como mencionamos anteriormente, algunas limitaciones de aplicabilidad que impiden que se difunda en forma masiva.
A pesar de ello, su utilización está creciendo rápidamente en nuestro país
Bomba PCP Instalación de superficie
Fuente: http://www.kudupump.com/ResearchDevelopment.html
Tornillo inferior
Fuente: http://www.neoppg.com/Technology/Artificial_Lift/PCP/pcp.htm
Bombeo electrosumergible o ESP (Electrical Submersible Pumps)
Es un sistema intermedio entre los dos anteriores. Se basa en el principio de centrifugación de fluidos. Un rotante gira a alta velocidad y expulsa el fluido hacia la periferia del rotor donde es ingresado en una tubería que lo descarga. Este tipo de bombas tienen diferentes estadios de centrifugación. Es decir, no es un solo rotor sino que son varios colocados en forma sucesiva uno sobre el otro y alimentándose entre ellos para ganar mayor presión.
Su ventaja principal es que realmente no tiene casi instalaciones de superficie a excepción de un control de velocidad del motor. La motorización es eléctrica exclusivamente y el motor se encuentra en la bomba misma al fondo del pozo.
Estas se energizan con un cable eléctrico blindado que va paralelo al tubing y que conecta las tomas de potencia en la superficie con la bomba.
El motor mismo es la bomba. Su tecnología es la más complicada y cara pero son preferidas en caso de tener que elevar grandes caudales. La desventaja es que son difíciles de instalar y su energización no siempre es altamente confiable.
En cuanto al costo de instalación, es el más alto, pero el mantenimiento de superficie es mínimo y limitado a los componentes electrónicos de los variadores de velocidad y protecciones eléctricas.
Bomba electrosumergible
Fuente:http://www.neoppg.com/Technology/Artificial_Lift/ESP/Oil_Well_ESP/oil_well_esp.htm
Gas Lift
Fuente: http://www.neoppg.com/Technology/Artificial_Lift/Gas_Lift/gas_lift.htm
Manejo de las operaciones de campo.
Los esfuerzos para el manejo de la producción abarcan actividades que se extienden desde formaciones en producción (vecindades del pozo), equipamientos de completación del pozo, hasta las redes de instalaciones de superficie, que en principio procesan y transportan los hidrocarburos a líneas de conducción para suposterior traslado al punto de venta. Para la explotación del petróleo y el gas—de envergadura o de pequeña escala—se necesita un proceso focalizado para desarrollar planes, establecer presupuestos, supervisar planes, controlar las inversiones de capital y los gastos operativos, cumplir con los programas de ejecución, reducir los costos del levantamiento artificial, incrementar la producción del campo, mejorar la manipulación de los hidrocarburos y administrar los ingresos de las asociaciones.
Pueden dividirse en los siguientes tipos basicos:
- Balancin API
- Hidraulico
- Rotativo
Balancin API:
Estas unidades de bombeo cumple las especificaciones API en sus diseños y son los mas utilizados para el levantamiento mecanico, por que sus costos de operación son relativamente bajos y su amplia adaptacion a las condiciones de los pozos.
Hidraulico:
Estas unidades de bombeo consisten en sistemas que conectan varios componentes con nuevos diseños y utilizan, principalmente, la fuerza hidraulica para trasmitir energia a la bomba de sub-suelo a traves de la cabilla
Funicionamiento y mantenimiento la unidad de bombeo.
La mayoría de los pozos de petróleo activos marginales están produciendo los pozos que se han convertido a los sistemas de la elevación. El porcentaje de pozos en la elevación mecánica es tan grande que todos los pozos en muchos campos están en unidades de bombeo. Este método de elevación artificial es tan confiable y de fácil funcionamiento que muchas bombas del campo prefieren el excedente mecánico de la elevación que cualquier otro sistema artificial de produccion.
Una unidad de bombeo conducida por un motor eléctrico. Observe la caja de control de energía en la línea de energía.Dos otros están en el lado lejano de la unidad de
bombeo.
Elevación mecánica con los Primeros motores eléctricos.
Los pozos con los motores eléctricos como sus primeros motores se programan fácilmente para el encendido de una automatización completa. En una instalación típica con controles eléctricos, la línea de energía trae electricidad a un punto cerca de la localización pero fuera de la línea área del individuo. Un panel de control está instalado y la línea de energía funciona subterráneamente, generalmente a la parte posterior a la unidad de bombeo. En un poste, un segundo panel eléctrico está instalado con un interruptor con./desc.
Hay dos tipos generales de controles que miden el tiempo para la operación de la bomba. Un reloj de 24 horas se puede utilizar para fijar los períodos por intervalos durante un día o un contador de tiempo del porcentaje se puede utilizar para regular el porcentaje del tiempo que la bomba esta encendida dentro de un período dado. Los contadores de tiempo del porcentaje se encuentran a menudo en las cajas más nuevas del control automático en vez de los relojes de 24 horas, aunque ambos todavía
tienen su lugar y continuarán estando disponibles para los usos especiales.
Hay varios estilos del reloj de 24 horas. Algunos son controlables en 15 minutos On y Off por ciclos, mientras que otros pueden ser controlados para los intervalos de 5 minutos o de menos.
Estos relojes se satisfacen bien para fijar las bombas al funcionamiento en una hora específica o con los ciclos de bombeo irregulares. Los contadores de tiempo del porcentaje son disponibles en los ciclos de 15 minutos o más. Los contadores de tiempo del porcentaje tienen un dial de control que permita que el contador de tiempo sea fijado para funcionar un porcentaje seleccionado del ciclo del contador de tiempo. Así, si un contador de tiempo 15-minute se fija por un tiempo de pasada 50 %, la unidad de bombeo funcionará por los minutos 7½ y después estará apagada por los minutos 7½ durante cada ciclo de 15 minutos. Porque hay 96 ciclos 15 minutos en un día, la unidad funcionará los minutos 7½ con cada uno de los 96 ciclos en un día. Semejantemente, si un contador de tiempo de dos horas se utiliza con el dial fijado para el 25%, la unidad se adelantará por 30 minutos y después dará vuelta apagado para 1 hora y 30 minutos, y después se adelantará otra vez. Este ciclo será repetido 12 veces por día, y la unidad funcionará 12 veces por el día para un tiempo de pasada total de 6 horas o el 25% de un día.
Mantenimiento de la unidad de bombeo.
El primer paso en mantener la unidad de bombeo es instalar un buen horario de mantenimiento en el libro de registros del campo y seguirlo. Una razón que es el libro de registro así que importante es que ayuda al ingeniero para utilizar los procedimientos de mantenimiento correctos. Por ejemplo, el almacén típico de la fuente tendrá muchos tipos de lubricantes, en varios pesos, con diversos añadidos, y disponible en tubos, cubos, y otros estilos de envases. Para cada uso en el campo, un número limitado de lubricantes será apropiado de utilizar, y a menudo solamente uno que sea verdad conveniente. El ingeniero no puede esperar recordar cada tipo de lubricante que se requiera y donde debe ser utilizado. Manteniendo expedientes completos y exactos, el ingeniero se puede asegurar de usar el tipo y la cantidad correctos de lubricante y sabrá cuándo el equipo se ha lubricado o requerirá después el cambio de lubricante.
Además, el ingeniero puede evitar de mezclar los lubricantes que pueden no ser compatibles con uno y otro
La inspección diaria.
El equipo del yacimiento de petróleo es muy confiable y puede funcionar por años entre los problemas serios no obstante, la inspección diaria puede ampliar la vida de la unidad localizando problemas antes de que haya ocurrido el daño. Al hacer cualquier inspección, el ingeniero debe escuchar cuidadosamente con el volumen de la radio del vehículo dado vuelta totalmente abajo porque los sonidos que las marcas de una unidad de bombeo pueden hablar mucho de su condición. La inspección debe también incluir una comprobación para escapes del aceite lubricante, así como mirar en la tierra para observar los posbles objetos flojos o sueltos, tales como pernos, las tuercas, y las arandelas. La inspección semanal.
Los pasos de la inspección semanal incluyen:
1. Realice los pasos de la inspección diaria.
2. Camine totalmente alrededor de la unidad de bombeo y obsérvela en la operación.
3. Pare en los buenos puntos de la observación para mirar las piezas montadas para una revolución completa, buscando el movimiento y la vibración inusuales y escuchando ruidos.
Comprobando el nivel y la condición de aceite en la
caja de engranajes (cortesía de las industrias de Lufkin, inc..)
4. Compruebe para ver que la línea blanca en los pernos de seguridad
del brazo del pitman esté alineada correctamente
La inspección mensual.
Los pasos de la inspección mensual incluyen:
1. Termine los pasos de la inspección semanal.
2. Compruebe el nivel flúido en la caja de engranajes si hay evidencia de un escape
3. Lubrique la silla de montar, la cola, y los cojinetes gastados del
brazo del pitman
De tres a seis meses de inspecciones.
De tres a seis meses inspecciones son especialmente importantes. Algunas nuevas unidades de bombeo necesitan ser lubricadas completamente cada seis meses. Mientras que la unidad consigue gastada, este intervalo necesita ser acortado a cada cinco meses y entonces a cuatro meses y entonces a tres meses. Con algunas unidades, la lubricación puede ser necesaria cada mes, con la atención especial del mantenimiento mientras tanto. Una parte de estas inspecciones se realiza con la unidad de bombeo en el movimiento, y la parte de ella se realiza con la unidad cerrada y el sistema de la palanca del freno.
El autor pidió el anonimato.