SECCIÓN 3.0: LOS POZOS DE BOMBEO CONVENCIONALES. PARTE 3.1: Unidad de Bombeo y Bombas de Varillas

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1 Sección3.39 SECCIÓN 3.0: LOS POZOS DE BOMBEO CONVENCIONALES PARTE 3.1: Unidad de Bombeo y Bombas de Varillas Pueden usarse las Unidad de Bombeo y Bombas de Varillas en casi cualquier situación. Ellos son muy comunes, tienen los requisitos de mantenimiento bajos y son relativamente barato de operar. El" sistema" consiste en 2 partes: el equipo de la superficie, y equipo del fondo del pozo El Equipo de la superficie La Unidad de Bombeo convencional consiste en lo siguiente componentes: Las principales partes que componen una Unidad de Bombeo (en este caso la descripción se limitará a la unidad convencional ya que se compone de partes típicas para la mayoría de las unidades) son las siguientes (ver figura 3.11): - Estructura - Apoyos estructurales - Reductor - Transmisión 39 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

2 Sección3.40 Partes que componen la Unidad de Bombeo convencional 40 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

3 Sección3.41 Los tipos de Unidad de Bombeo Hay que 3 tipos comunes de Unidad de Bombeo y sólo uno, el convencional existe en Cuba Descripción de los diferentes tipos de unidades de bombe o según el sistema de contrabalanceo. Unidad convencional balanceada en la manivela Las unidades de bombeo convencionales balanceadas con la manivela son las que comúnmente se usan hoy en día, especialmente en longitudes de recorrido medias y cortas. En la figura 3.12 se muestra este tipo de unidad. La rotación de las manivelas conectadas a los lados de las bielas provoca que el balancín pavote sobre el cojinete central, causando así que el varillón se mueva hacia arriba y hacia abajo a través de su conexión con el cable y cabezal. Los contrapesos ajustables localizados en las manivelas son de un metal pesado fundido. Figura 3.12 Unidad de Bombeo convencional (Lufkin) Unidades balanceadas por aire. Las unidades de bombeo balanceadas por aire son básicamente iguales a las discutidas anteriormente, en las que la rotación de la manivela provoca que el balancín pivotee y mueva el varillón hacia arriba y hacia abajo. La figura 3.13 muestra una instalación típica de una unidad balanceada por aire. Estas unidades son compactas y relativamente 41 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

4 Sección3.42 ligeras. El tanque cilíndrico alargado que está al frente de la unidad aloja un pistón y un cilindro de aire. La fuerza ejercida por la compresión del aire en el cilindro se usa para contrapesar parcialmente la carga del pozo. Un dispositivo especial de sellaje se utiliza para prevenir los salideros de aire entre el pistón y el cilindro. También posee un compresor auxiliar para mantener el sistema de presión de aire en un nivel óptimo de trabajo. Figura 3.13 Unidad de Bombeo balanceada por aire (Lufkin) Unidades balanceadas con viga o balancín de contrapeso. La figura 3.14 muestra una unidad balanceada en el balancín. Esta unidad es muy similar a la balanceada con manivela convencional, excepto que los contrapesos se montan en una extensión del balancín. En general el uso de este tipo de unidad ha sido limitado a pequeñas dimensiones. La razón fundamental es debido a que la velocidad de la bomba es baja ya que. Altas velocidades de bombeo pueden traer como consecuencia vibraciones que pueden destruir la Unidad de Bombeo.Figura 3.14 Unidades balanceadas con viga o balancín (Lufkin) Unidades MARK II 42 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

5 Sección3.43 En la figura 3.15 se puede ver una unidad balanceada con manivela (con geometría especial). Este tipo de unidad tiene dos únicas características: -El cojinete compensador el cual se acciona por los miembros laterales de la biela es movido hacia adelante y colocado muy cerca del cabezal del balancín en vez de directamente encima del eje o cigüeñal del engranaje reductor. -La manivelas tienen un dogleg (balance angular) para producir una condición de fuera de fase entre el momento en el reductor ejercido por la carga del pozo y el momento ejercido por los pesos de contrabalanceo. Con estas dos características y con las manivelas limitadas a rotar solamente en un sentido, un torque más uniforme es aplicado al eje del cigüeñal. Los torques máximos, normalmente más prominentes en unidades convencionales con manivelas balanceadas, son reducidos en gran magnitud de esta manera. Figura3.15Unidad balanceada con manivela de geometría especial (Lufkin). Unidades balanceadas con manivela (con geometría especial) ( Algunas de estas unidades se fabrican con el reductor cambiado de posición, desde una posición directamente por debajo del cojinete compensador hasta una posición en la base estructural más alejada de la línea central del pozo. Este cambio con respecto a la geometría convencional causa una variación en los factores de torque en los recorridos ascendentes y descendentes. Este cambio geométrico también causa un cambio en los intervalos de tiempo de los ciclos de recorrido. 43 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

6 Sección3.44 Este tipo de unidad usualmente también tiene un sistema fuera de fase o contrabalanceo descrito previamente y frecuentemente requiere un sentido de rotación específico..rotaflex las Unidades del Recorrido Largo usadas en Varadero Se encuentran las unidades de recorrido largos esparcido alrededor del campo (Varadero) y están reconocido por la torre alta. Estas unidades pueden proporcionar un recorrido de 25.' La ventaja del recorrido largo es que opera las cabillas y las bombas con mayor eficiencia Esto es debido a menos inversiones de las cabillas y una más baja fuerza de aceleración. Se usan las unidades del recorridos largos en pozos de la producción profundos, altos volúmenes de producción que desafiarían los límites de una Unidad de Bombeo convencional y bombas sobredimensionadas. El ensamble puede plegarse para transportar en 44 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

7 Sección3.45 camión o puede trasladarse atrás del equipo de servicio. 45 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

8 Sección3.46 Estructura Básicamente las partes que componen la estructura de la Unidad de Bombeo son: el poste maestro, el balancín, la cabeza de balancín, el cojinete compensador y bielas de los lados. Su función es servir como miembro rígido por el cual el poste maestro, el reductor y el motor son unidos con una apropiada alineación para llevar a cabo esta operación. El poste maestro es normalmente construido de 2 ó 3 patas cilíndricas de acero. Éste debe ser lo suficientemente rígido y fuerte para soportar al menos 2 veces la carga máxima en el varillón pulido. Centrado en el tope del poste maestro está el cojinete central del balancín. El balancín debe ser lo suficientemente fuerte para resistir la flexión causada por la carga del pozo por un lado y por el otro, la fuerza actuante de las bielas. La cabeza del balancín se encuentra unida al balancín por el lado del pozo y su función es soportar el varillón a través de cables y un ensamble llamado barra porta varillas. El centro de curvatura de la cabeza del balancín es el centro de apoyo. De esta forma la varilla pulida (o varillón) se mueve en línea recta tangente al arco de la cabeza del balancín. En la otra punta del balancín están el cojinete compensador y las bielas. El movimiento rotacional de las manivelas unidas al reductor de velocidad es transmitido al balancín por el compensador y por las bielas. El compensador usualmente es montado en el balancín de tal manera que se pueda mover para compensar algunos desalineamientos surgidos en la fabricación y creación de tolerancias. La carga en las bielas se traduce en tensión para las unidades convencionales, sin embargo en las de manivelas con geometría especial la carga es de compresión y alternando tensión y compresión en las balanceadas con aire. 46 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

9 Sección3.47 Apoyos estructurales. La operación sin problemas de una Unidad de Bombeo depende del diseño y funcionamiento apropiado de los apoyos estructurales. Algunas de las características a considerar para una apropiada selección del diseño del apoyo son: tipo de apoyo y velocidad a desarrollar, así como la dirección y la magnitud de la carga a soportar. Reductor Un reductor de velocidad se utiliza para convertir alta velocidad-baja energía de torque en baja velocidad-alta energía de torque. Una relación de transmisión de alrededor 30:1 es usada generalmente. Esto significa que si la velocidad de entrada es de 300 a 600 rev/min, la velocidad de salida o velocidad de bombeo de la unidad será 10 a 20 golpes/min. La reducción de velocidad es llevada a cabo por un engranaje doble helicoidal en la mayoría de los casos. Para este tipo de reducción es necesario cuidar que los cojinetes de empuje que inherentemente requiere este sistema sean ajustados apropiadamente para aprovechar el empuje del frecuente retroceso de la carga. 47 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

10 Sección3.48 Transmisión Correas tipo V son las transmisiones que más se emplean entre el motor y el reductor. Ellos son medios dependientes de transmisión de movimiento (energía) y proveen cierta cantidad de efecto de amortiguamiento. El tamaño de la polea puede ser cambiado fácilmente para ajustar la velocidad de bombeo. El ajuste de la tensión de la misma debe ser realizado periódicamente y se debe, además, utilizar un protector para aislarla de elementos externos y por cuestiones de seguridad. 48 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

11 Sección El Equipamiento del fondo del pozo: El equipamiento del fondo del pozo consiste en la tubería de producción, sarta de varillas y bomba de profundidad. Tubería de producción: La tubería de producción se cuelga de la cabeza del pozo y a menudo se ancla en el fondo del pozo El ancla de la tubería impide a la tubería moverse de arriba abajo en el ciclo de bombeo y mejora la eficacia de la bomba por eso. El ancla también protege directamente a la tubería y minimiza la fatiga de las varillas. La tubería también debe contener el zapato de la bomba. La bomba de profundidad se ancla arriba o debajo en función del tipo de anclaje. El anclaje del fondo no se recomienda cuando existe arena o formación El anclaje arriba no se recomienda en los pozos profundos debido al potencial de ruptura de la camisa del piston. Sartas de varillas(cabillas) La sarta de varillas normalmente consiste en varillas con un diámetro entre ½" y 1 1/8." En CUBA los tamaños comunes son 1", ¾" y 7/8" Una varilla promedio es 25' de longitud. Un" A-50" equipo de servicio puede levantar 2 varillas de una vez y un" HYDUKE" puede levantar 3 de una vez. Un" sarta de varillas escalonada" consistirá en varillas más ligeras al fondo y varillas más pesadas a la cima dónde las tensiones son mayores. En los pozos dónde la parafina es un problema, las varillas pueden tener los rascadores.los rascadores están a menudo sólo en las varas superiores dónde aumenta la parafina al bajar la temperatura. La ultima varilla del fondo se conecta directamente a la bomba de profundidad La varilla de la cima se conecta a una" varilla Pulida" que es una varilla más pesada (1¼" o más grande) eso atraviesa la caja del seguridad o prense. La brida de la Unidad de Bombeo se conecta a la varilla pulida. 49 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

12 Sección3.50 La proporción de fallas en las varillas es a menudo el factor que limita la velocidad de la Unidad de Bombeo (los golpes por minuto SPM). La proporción de fallas en las varillas son peores en pozos dónde las varillas están en compresión y descompresión con cada golpe. (fallas debido a la fatiga de metal). La proporción de fallas de varillas puede mejorarse con el uso de barras pesadas en el fondo de la sartas de varillas. Ellos actúan como los pesos para acelerar el descenso de la sarta para obtener la producción máxima. Las barras pesadas son a menudo sólo las varillas del diámetro más grandes que pueden usarse en la tubería con los acoplamientos macho-hembra de las calas. El tamaño de la tubería Máx. el tamaño de barra pesada con los acoplamientos machohembra 2 3/8" (60.3mm) 7/8" 2 7/8" (73mm) 1" Se construyen las varas en tres calidades: el K, C y D. - El C y D son las calidades de la vara comunes. - Las varas del K y varas del C tienen la misma fuerza tension pero la metalurgia diferente para las situaciones de corrosión diferentes. - El C y varas del K tienen una fuerza tensor de 90,000 psi. La bomba de Profundidad Hay dos tipos principales de bombas de profundidad: las bombas Insertadas y las bombas de tubería o No insertadas Las bombas insertadas Por mucho la bomba más común en CUBA. La bomba se conecta al fondo de la sarta de varillas y se baja dentro de la tubería hasta que se asiente en el zapato( PSN). La Unidad de Bombeo mueve el pistón de arriba hacia abajo dentro de la camisa de la bomba. La" válvula viajera" se mueve de arriba hacia abajo con las varillas. La" válvula fija" Se localiza dentro de la camisa de la bomba y es por consiguiente estacionaria dentro de la tubería. 50 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

13 Sección3.51 La válvula de viaje y la válvula fija son un sistema simple de asientobola. de alta durabilidad Durante la subida, la válvula de viaje cierra y el peso del fluido se transfiere a las varillas y a la Unidad de Bombeo. La válvula en pie se abre para permitir el paso del fluido en la camisa de la bomba. Durante la bajada, la válvula de viaje abre y la válvula fija cierra para transferir el peso del fluido a la tubería y el prense Componentes generales de la bomba y el sistema de superficie y fondo a) b) Las bombas de tubería o no insertadas Las bombas no insertadas están separados en dos en el fondo del pozo La camisa se baja con la tubería y el pistón se baja con la sarta de varillas El diámetro del pistón puede ser ahora casi el tamaño de la tubería,y la bomba es capaz de volúmenes mayores.. 51 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

14 Sección3.52 Las bombas no insertadas, no son tan comunes debido que en las reparaciones subterráneas, es necesario sacar la tubería Máx. los tamaños del pistón: tubería La bomba insertada La bomba no insertada 2 3/8" Máx. 1.5" pistón Depende del casing 2 7/8" Máx. 1.75" pistón con camisa de pared gruesa Depende del casing Máx. 2" pistón con camisa de pared delgada 52 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

15 Sección3.53 Bombas de profundidad insertadas,normas API (Quinn) 53 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

16 Sección3.54 Diseño de la bomba de profundidad El recorrido disponible en la bomba debe ser por lo menos 2' más de la longitud del recorrido máximo de la Unidad de Bombeo La longitud de la camisa total (la camisa + las extensiones) menos la longitud del pistón le dará la longitud del recorrido disponible de una bomba. - La regla de longitud del pistón es 1' de pistón para cada 1000' profundidad del pozo - La longitud del pistón proporciona la tolerancia requerida entre la camisa y el pistón. Más longitud, mayor tolerancia.en CUBA la tolerancia mas común es >200 micrones (.008fit) Diseñadores han determinado que un pistón de 6' de largo tiene la misma capacidad que otro mas largo. Por consiguiente, para pozos 6000' y más profundidad, use un pistón de 6' LAS EXTENSIONES Las bombas de pared delgadas Los hilos de rosca son dentro de la camisa (la hembra). La válvula fija y el anclaje de la bomba abajo dentro de la camisa. No hay necesidad por las extensiones. Las bombas de pared gruesa Los hilos de rosca (macho) dentro de la camisa. Las extensiones invierten los hilos de,la rosca a la hembra para que la válvula fija (SV) pueda anclarse abajo. La extensión posibilita mayores recorrido dentro de la camisa. Esto significa que el pistón entra y sale de la camisa en el pedazo de la extensión. Las extensiones son normalmente más largas en la cima que en el fondo. Use 3' (la cima) + 1'(fondo) = 4' la extensión,a menos que hay una razón para hacer algo diferente. ANCLAJE Un anclaje arriba se usa cuando se produce mucho sedimento o arena. Un anclaje arriba impedirá a los sedimentos asentarse entre el espacio de la camisa de la bomba y la tubería,haciendo la sacada de la bomba muy dificultosa Un anclaje del fondo normalmente se usa. para los pozos profundos, porque en el recorrido hacia abajo todo el peso de la columna de fluido descansa sobre la válvula fija.esto trasmite una carga de tensión sobre la camisa. 54 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

17 Sección3.55 La referencia: el API La bomba de profundidad diseñada por Quinn 1. Cual es la longitud del recorrido disponible en esta bomba?: RHBC Cual es el diámetro del pistón y el diámetro tubería para esta bomba?: THOS ( Cómo el diámetro del pistón puede ser más grande que la sarta de la tubería?) 3. Qué bomba está mejor preparada para un pozo profundo? Asegúrese que usted sabe por qué RHAC o RHBC D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

18 Sección3.56 Escriba las especificación de una bomba para un pozo de 8,500' con 2 7/8" tubería. Nosotros necesitamos un 1 ¾" el diámetro del pistón. La Unidad de Bombeo tiene un recorrido máximo de 144", pero nosotros estaremos usando un recorrido menor de D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

19 Sección3.57 PARTE 3.2: Diseño de la bomba y la sarta de varillas La capacidad de la bomba: Después de investigar un pozo, el volumen planificado para el pozo es (en m3/día). El caudal de la bomba teórico (PD) para una 100% bomba del fondo eficaz es: PD = Área (m2) x recorrido (m) x SPM (golpe/min) x 1440 min/dia Desgraciadamente, no es así de simple. Desde que la sarta de varillas debe acelerar, disminuya la velocidad,hace una parada, la dirección inversa, acelere, disminuya la velocidad, la dirección inversa, etc. muchas veces en un minuto, el estiramiento, fricción y flotación provoca que todos deben ser considerados. Las dos cosas que el diseñador de la bomba tiene el control en la superficie es longitud del recorrido máximo y el tamaño del pistón. La longitud del golpe real se gobierna por las 3 o 4 longitudes del recorrido aceptables por la Unidad de Bombeo, y el tamaño del pistón está limitado por el diámetro de la tubería. La longitud del recorrido real del de la bomba de profundidad es diferente que la longitud de recorrido de superficie debido a las perdidas de recorrido o " overtravel"." Esto puede calcularse. El Instituto de Petróleo americano (el API) ha emitido una norma para el diseño de las sartas de varillas: el API RP11L. Entretanto, algunos cálculos aproximados pueden realizarse de la ecuación simple o de los gráficos de bombeo disponible por fabricantes de la bomba. EL EJERCICIO: 1. La bomba insertada con un diámetro del pistón de 1.5" y una Unidad de Bombeo con la longitud del recorrido de 105" y una velocidad de 8 SPM producirá aproximadamente? cuántos golpes por día de fluido? Use la ecuación y el grafico para calcular?. 2. Usted tiene una tubería 2 3/8" con una 1.25" bomba insertada. La Unidad de Bombeo tiene las opciones del recorrido de 100, 86 y 73. Determine que la velocidad de los golpes por minutos para producir 100 BPD para cada longitud del recorrido. 57 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

20 Sección3.58 Diseño de las sartas de varillas El plan de diseño de las sartas de varillas es basado en un solo escalón (todas las varas el mismo diámetro) o una sarta de varillas escalonadas (las varillas de la cima más grande que las varillas del fondo). El API ha desarrollado un grafico que ayuda determinar el porcentaje óptimo de varillas de diámetros diferentes para una sarta de varillas El grafico es organizado con las varillas designadas en 8vos de una pulgada. Un ½" la varilla es considerada un 4 (4/8") y una 7/8" vara es considerada un 7. El primer número es la varilla más grande en la sarta y el segundo número es la varilla más pequeña en la sarta. Una sarta de varillas escalonadas no saltará los diámetros: esto significa que un 7/8" a 5/8" también incluirá las varillas. de ¾" Una sarta de varillas de un escalón como todas de diámetro ¾", se llama un" 66" El tamaño El número 1 1/4" /8" 9 1" 8 7/8" 7 ¾" 6 5/8" 5 ½" 4 Varas 1" y mayor no son comunes.pero en CUBA lo son El EJERCICIO: (refiérase a RP11L guía) Cuál es el número óptimo de cada varilla para un 2800' en una sarta de #65 varillas con un 1¾" de pistón? Las varillas son de25' de longitud Cuál es el número óptimo de cada varilla para un 8,000' la sarta de varillas de #75 varas con un 1-1/4" del piston? 58 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

21 Sección La Reducción de velocidad y tamaño de las poleas de la Unidad de Bombeo Cambiando los tamaños de los engranajes del reductor y /o el tamaño de las poleas de la Unidad de Bombeo, puede ser mas rápido o lentamente los golpes por minuto de un ciclo. Hay límites a la velocidad lenta disponible, en los reductores y algunos están diseñados para reducir la velocidad de un flujo bajo, como en los petróleo pesado. Con los reductores, SPM de menos de 1 es posible. Algunos Gatos en el área de Lloydminster son difíciles de ver el movimiento sin mirar durante algún tiempo. Los cálculos del libro de texto están disponibles determinar la velocidad del máximo para una Unidad de Bombeo, pero ellos tienden a sobrestimar la capacidad del sistema. Una Unidad de Bombeo típica girará a aproximadamente entre 8-12 SPM. En Cuba se utiliza frecuentemente de 5-8 SPM. Si es más grande la longitud del recorrido, el más lento la Unidad de Bombeo (SPM). EL EJERCICIO: Qué Unidad de Bombeo estarán operando a una velocidad superior dada las dos configuraciones de las poleas? Driver Gearbox Driver Gearbox La ecuación de las poleas: Los golpes por minuto: SPM RPM d R D (R es la relación del reductor, d es la polea del motor, y D es la polea del reductor) 59 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

22 Sección3.60 Escoja la Unidad de Bombeo. Todas las unidades de bombeo se diseñan por una norma API como: C 228D b). La primera letra representa el tipo de Unidad de Bombeo A - contrabalanceado por aire B - contrabalanceado en la viga C - convencional M - Mark II un momento de torsión b) El segundo termino es la Torsión Máxima en el reductor, en miles de pulgada por libras. El D representa " la Reducción Doble. En el ejemplo, la caja de engranajes se tasa para 228,000 pulgada-libra máximos de torsión. c). El tercer termino es el peso máximo de la varilla pulida. Este peso está en los centenares de libras. En el ejemplo, la Unidad de Bombeo se tasa para 20,000 lbs del peso en la varilla pulida. d). El último termino es para la longitud del recorrido máximo disponible en esta Unidad de Bombeo en pulgadas. - En este ejemplo, la Unidad de Bombeo es capaz de 74" de recorrido de superficie máxima. Este Gato también tiene otras dos posiciones disponible: 64" y 54." Esta información está disponible de la hoja de la especificación para el Gato. 60 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

23 Sección3.61 PARTE 3.4: SISTEMA DE DISEÑO DE BOMBEO Usando el API RP11L las guías para diseñar las varillas y las bombas. Una tubería de 2 7/8" se ancla a 6040'. El punzado esta a Las pruebas de formación del pozo podría ser capaz de 75 bbls/d con 40% BSW. El petróleo tiene un API de 35. Una bomba profundidad con un diámetro del pistón de 1.25" con la tubería de un #65 sarta de varillas y ancló en el zapato (PSN). Determine el numero de golpe y el recorrido de la bomba empezando los cálculos con un numero de golpe / minutos de 6 a 8. Determine la Unidad de Bombeo, las sarta de varillas y la bomba. Este gráfico puede usarse por determinar densidad de fluido en la tubería si el agua tiene un SG de Si el agua tiene una densidad diferente, simplemente calcule un promedio compensado del corte de agua. SG fluid frac oil ( SG oil ) frac water ( SG water ) 61 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

24 Sección3.62 Inserte RP 11L guía y hartura en la hoja de cálculo de los espacios en blanco, Todos trazan y deben ponerse los gráficos en un apéndice a la parte de atrás de la sección. 62 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

25 Sección3.63 BOMBAS DE PROFUNDIDAD TABLAS Y GRAFICOS API-RP11L GUÍA 63 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

26 Sección Investigaciones en los Pozos con Bomba de Varilla Los métodos de investigación hidrodinámicas generalmente más utilizados durante el proceso de extracción de pozos en explotación son los mencionados a continuación. Dentro de estos métodos hay algunos que se utilizan para la investigación en pozos surgentes y otros para pozos en bombeo mecánico. 1-Medición de la presión de capa 2-Presión de fondo del pozo 3-Toma de muestra de agua y petróleo 4-La determinación de la producción 5-Medición del nivel dinámico 6-Dinamografía 7-Temperatura de la capa 8-Las presiones de superficie 9-Curvas de recuperación de nivel 10-Mediciones de la relación gas petróleo En el caso de la investigación correspondiente fue necesario recurrir al método de la Dinamografía. La Dinamografía puede realizarse por un equipo netamente mecánico, como es el Dinamógrafo Mecánico o con un complemento digital, en este caso se llama Dycomaster, que permite, además de obtener la misma información que brinda el Dinamógrafo, procesarla y entregar informes impresos, entre otras funciones. 3.1 Generalidades del equipo empleado para la investigación El equipo empleado en este caso fue el Dycomaster Leutert (ver figura 3.1), el cual se compone de un Dinamógrafo Mecánico acoplable al resto de los dispositivos computarizados. Figura 3.1 Operario trabajando con el Dycomaster (C2) 64 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

27 Sección Dinamógrafo Mecánico Un Dimamógrafo (ver figura 3.2) es un equipo que registra las cargas que soportan el vástago pulido (varillón) durante el ciclo de bombeo y la interpretación del gráfico que se obtiene de estas mediciones de carga se utiliza para determinar (4): El estado de las bombas Dislocaciones en émbolos y válvulas. Sartas de cabillas fracturadas Salideros en tuberías Acumulación de parafina Cambios en el nivel del fluido Ajuste en el prensa-estopa o caja de estopa Elección correcta del tamaño de los golpes de bombeo Elección correcta de la profundidad a la que se pone la bomba y del tamaño del émbolo Número de golpes de bombeo por minutos Efecto de los golpes de gas en la producción Figura 3.2: Dinamógrafo mecánico (C2) Entre las ventajas de la utilización del Dinamógrafo se pueden mencionar: Reducción de los costos de la producción Reducción de las perdidas en la producción Prevención de fallas en la bomba (dentro del pozo) y en la unidad de bombeo Incremento de la producción Mejora del diseño de la bomba y su aplicación 65 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

28 Sección3.66 Las mediciones de un dinamógrafo en un pozo se realizan en condiciones tanto dinámicas como estáticas. Bajo condiciones dinámicas, las cargas son grabadas continuamente como función del desplazamiento de la varilla pulida. El resultado genera una curva llamada Dinamografía. Por otra parte en condiciones estáticas las mediciones se basan en determinar: Las cargas durante el golpe de subida, TV Las cargas durante el golpe de bajada, SV Las cargas debido al contrabalanceo, CBE En condiciones dinámicas, el proceso para obtener la Dinamografía, se realiza en un tiempo relativamente corto. Es una operación simple para la cual no es necesario que la bomba pare de trabajar y no interfiere en las condiciones de la formación Dinamografía (carta dinamométrica ) (4) La dinamografía es una gráfica continua que registra las fuerzas resultantes que actúan sobre el varillón pulido, contra la posición de dicho varillón. El análisis de la Dinamografía y las cargas estáticas grabadas puede ser utilizado para analizar: Comportamiento de la unidad de bombeo Comportamiento de la sarta de tubería Comportamiento de la bomba dentro del pozo Esta investigación está enfocada hacia el trabajo con la opción comportamiento de la unidad de bombeo, es por eso que se debe tener en cuenta que dicho análisis se realiza para determinar: Cargas estructurales: Son determinadas tanto midiéndolas o calculando la carga máxima de la cabilla pulida.(pprl*). Torque en el reductor o caja de engranaje Consumo de energía Eficiencia de la unidad de bombeo *Peack Polished Rod Load El Dycomaster El Dycomaster (ver figura 3.3) no es más que un equipo computarizado portátil, alimentado mediante un convertidor de la batería del vehículo en que se transporte que trabaja unido al Dinamógrafo Leutert, donde se procesa mediante un programa toda la información obtenida mediante el Dinamógrafo, que a 66 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

29 Sección3.67 través de convertidores se transforman las señales mecánicas y eléctricas en digitales y además se realizan la interpretación de los mismos. Figura 3.3: Equipo Dycomaster completo (C2). Para la realización del trabajo con el Dycomaster se utilizan los siguientes dispositivos: Computadora Dycomaster (ver figura 3.4) Impresora (ver figura 3.5) Dinamógrafo Leutert mecánico Convertidor de corriente de 12v a 220v Convertidor de señales mecánicas en digitales Convertidor de señales eléctricas en digitales Conexiones para interconectar los equipos que intervienen en el trabajo. Figura 3.4: Computadora Dycomaster (C2) 67 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

30 Sección3.68 Figura 3.5: Impresora del Dycomaster 3.6 Interpretación de la investigación con el Dycomaster Esta interpretación se realiza mediante un programa instalado en la unidad central de adquisición de datos del Dycomaster especializado en el trabajo de pozos de bombeo mecánico. Todas las funciones del programa se relacionan a continuación. Nomenclatura utilizada en el programa (16) SPM : Número de golpes por minutos (spm) CBE Punto donde se mide el efecto de contrabalanceo del pozo (lbf) TV : Punto donde se comprueba la válvula viajera (lbf) SV Punto donde se comprueba la válvula estacionaria (lbf) E-MD Módulo de Young, constante para el acero Grav : Peso específico del acero Deaup: Factor debido a la naturaleza del petróleo y la desviación de los pozos Máx TWN Momento de torsión máximo producido por el peso del varillón (pulglb) Momento de torsión mínimo producido por el peso del varillón (pulglb) Momento de torsión mínimo producido por los contrapesos (pulg-lb) Mín TWN Mín TR: Máx TN: Mín TN: Momento de torsión neto máximo (pulg-lb) Momento de torsión neto mínimo 68 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

31 Sección3.69 Este programa tiene su presentación en páginas, por lo que para explicar como se utiliza se va seguir esta misma secuencia. Página 1 Nueva dinamografía La dinamografía normal corresponde al diagrama de peso vs recorrido. Se interpreta igual a la dinamografía convencional (la que se obtiene con el dinamógrafo mecánico) pero ofrece además la siguiente información: Peso máximo Peso mínimo Recorrido del pistón en el fondo del pozo Recorrido en función del tiempo Posición y hermeticidad de la válvula estacionaria Posición y hermeticidad de la válvula viajera Efecto de contrabalanceo De acuerdo a esta información se obtiene como trabaja la bomba y el pozo en general. Para conocer el trabajo del motor eléctrico se mide: La corriente máxima La corriente mínima. Página 2 Gráfico de Recorrido vs Tiempo. El gráfico de recorrido contra tiempo se utiliza para conocer el trabajo del pistón en el cilindro de la bomba, que detalla todo el recorrido del mismo en un ciclo de bombeo. Si el trabajo es normal se obtiene una función sinusoidal. Si el pistón se traba, se altera la simetría de la misma. Funcionamiento de las válvulas Página 3 Gráfico de Peso vs Tiempo. El gráfico de peso contra tiempo se utiliza para evaluar el trabajo de las válvulas en un ciclo de bombeo. Si es normal se observa que cuando cierran y abren las válvulas se mantiene el peso constante. Las pérdidas de peso indican un posible mal funcionamiento de las mismas. 69 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

32 Sección3.70 Página 4 Gráfico de Peso vs Tiempo Este diagrama indica si la válvula de admisión está hermética o no. Si la válvula no está hermética el peso se incrementa. Página 5 Gráfico de Peso vs Tiempo Si la válvula viajera está hermética el peso es constante, si no decrece. Páginas 6, 7, 8, 9, 10, 11 Resultados Los resultados de los datos medidos en un ciclo de bombeo pueden ser listados o salvados para ser utilizados nuevamente. Pagina 12 Cálculo en las condiciones del fondo del pozo. Para la interpretación de los resultados, en las condiciones existentes del pozo, se requiere una serie de datos como son: características del pozo, naturaleza del fluido, desviación, composición del equipamiento del pozo, longitud y diámetro de las cabillas, diámetro de la bomba y profundidad de anclaje. Con estos datos se realizan los siguientes cálculos: Llenado de la bomba Recorrido neto del pistón en el fondo del pozo Pérdidas de energía en un ciclo de bombeo. La importancia de estos últimos datos y cálculos radica en poder analizar el funcionamiento de la bomba, evitando cometer errores debido a los altos números de golpes, además analizando las condiciones del pozo se evitan las imprecisiones de interpretación provocadas por la frecuencia del estiramiento o encogimiento de las cabillas de bombeo. Página 13 Cálculo del torque (Momento) El diagrama del momento de torsión es mostrado en tres ocasiones durante un ciclo de bombeo de 360º 70 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

33 Sección3.71 Curva 1: Momento de torsión producido por el peso en la varilla pulida Curva 2 Momento de torsión producido por los contrapesos y la construcción de la instalación de superficie. Curva 3: Momento neto del reductor, resultante de la suma de los anteriores. Estos cálculos nos indican en que condiciones de carga está trabajando la unidad y si es necesario contrabalancear o hacer cambios para optimizar la capacidad instalada en el reductor. Procedimiento para operaciones. (16) la operación con Dycomaster. Secuencia de 1. Se coloca el vehículo en el cual se transporta el Dycomaster a una distancia que no exceda los 10 m de la instalación de superficie del pozo. 2. El operador instala el Dinamógrafo Leutert con su convertidor de señales en el mecanismo de fijación. (ver figura 3.1) 3. Se realiza el acondicionamiento de todos los sistemas para comenzar la medición procediendo a conectar todos los equipos. 4. Visualización en la pantalla del menú principal 5. Se registra la información y se procede a obtener los resultados 6. Se desconecta todo el sistema y se retira el dinamógrafo 3.7 Interpretación de la Dinamografía teórica Para utilizar las dinamografías e interpretar las situaciones en las que se encuentra la bomba y las varillas, es necesario que exista un punto de referencia. Esta es la dinamografía teórica correspondiente a un funcionamiento perfecto de la bomba de profundidad. Esta dinamo grafía teórica corresponde a un pozo trabajando con un número de golpes pequeños (n = 5.6 gol/min.), para que el efecto de la fuerzas de inercia se pueda despreciar, el rendimiento volumétrico de fondo sea de 100% y que no exista fricción apreciable en la bomba. Esta Dinamografía teórica está representado en la gráfica 3.1 para el paralelogramo ABCD. 71 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

34 Sección3.72 Gráfica 3.1 (9) (3) Acerca de la dinamografía teórica se debe conocer primeramente que se parte de un diagrama ideal, como se puede ver a continuación, para el cual el bombeo tiene una eficiencia del 100%. 72 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

35 Sección3.73 Donde: A: Comienza la carrera ascendente. La válvula viajera se cierra y la carga sobre las cabillas aumenta instantáneamente de A a B, por la carga tomada del fluido. B-C: La carga sobre las cabillas es constante. Se desplaza el pistón hacia arriba, con la válvula viajera cerrada. C: Es el punto alto y final de la carrera de ascenso donde la válvula viajera se abre, la válvula fija se cierra y la carga del fluido se transfiere a la tubería causando que la carga sobre las cabillas baje instantáneamente del punto C al D. D-A: El pistón desciende con la válvula viajera abierta sin representarle carga del fluido en la varilla. Cuando se tiene en cuenta el efecto del estiramiento de la cabilla y el encogimiento de la sarta, queda el siguiente diagrama: La línea ab representa en la escala del esfuerzo de la dinamografía el peso de las varillas en el líquido (peso de las varillas en el aire, menos el peso cd correspondiente al efecto de flotación). La diferencia entre los pesos correspondiente línea ab y AD (fuerza mínima en la dinamografía) representa la fuerza debido al efecto de fricción en el recorrido descendente. La línea BC representa el peso máximo en el varillón durante el recorrido ascendente. Éste sobrepasa al peso de las varillas en el líquido más el peso del líquido sobre el pistón, con la cantidad ef correspondiente a la fricción en el recorrido ascendente 73 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

36 Sección3.74 El peso del varillón en el recorrido ascendente que empieza en A crece progresivamente hasta B debido a que antes que el pistón se ponga en movimiento, las varillas y la tubería de extracción se estiran bajo la influencia del peso del líquido. La longitud fb representa este estiramiento incluyendo la influencia de la fricción Aa y ef. El pistón empieza el movimiento en B. El fenómeno ocurre en sentido inverso en el recorrido descendente, Dg representa la contracción de las varillas y tubería cuando desaparece el peso. Es decir fc representa el recorrido del varillón y el recorrido del pistón es igual con BC. En la realidad es dificil encontrar un dinamograma que se acerque lo suficiente a este teórico. Hay un período momentáneo sin movimiento de la varilla pulida. Además, la varilla pulida se mueve alguna distancia en la carrera descendente antes de que se abra la válvula viajera y alguna distancia en la carrera ascendente antes que se cierre. Cuando el número de golpes es mayor de 5 gol/min empieza a aparecer la influencia de los fenómenos de inercia provocando que se deforme la dinamo grafía teórica y su rotación. En la gráfica 3.2 se representa un dínamograma de 8 a 9 gol / min Gráfica 3.2 P B C A D S Incluyendo todas las otras influencias como por ejemplo: la vibración, efectos dinámicos, la fricción y acción de la bomba, la carta aparecería aproximadamente como en las figuras 3.3 y D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

37 Sección3.75 Gráfica 3.3 B C A D G E F Gráfico 3.4 B C D E A G Peso de varillas F El punto A representa el final de la carrera descendente y el inicio de la carrera ascendente para el vástago pulido. Al cerrar la válvula viajera, el vástago pulido empieza a cargar el fluido, esto representa el aumento en carga desde A a B. El descenso momentáneo en la carga del vástago pulido desde B a C es el resultado del alargamiento elástico de las varillas que asciende cuando las varillas toman la carga del fluido. A medida que las varillas se muevan hacia arriba con aproximadamente movimiento armónico simple, la carga de aceleración aumenta hasta que alcanza un máximo al punto D, teóricamente cerca de la mitad de la carrera ascendente. Desde el punto D al punto E la carga de aceleración disminuye a medida que la velocidad de las varillas disminuye a 0. El punto E representa el final de la carrera ascendente y la iniciación de la carrera descendente. 75 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

38 Sección3.76 Pozo con mucha producción de gas Si un pozo esta bombeando una mezcla de petróleo y gas, el diagrama muestra una curva de compresión de gas en la carrera descendente. Esto se debe a que la válvula viajera no abre hasta que la presión en el fluido que esta comprimido es lo suficiente para sobre vencer el peso de la columna hidrostática en la tubería de producción (ver gráfica 3.5). Gráfica 3.5 Velocidad normal Gráfico 3.6 Peso de varillas Lenta A Peso de las varillas 0 Gráfico 3.7 B Peso de las varillas 0 En la gráfica 3.6 la bomba está manejando un volumen considerable de gas y la gráfica 3.7 es obtenida después de: Haber disminuido el diámetro de la bomba para obtener una mejor eficiencia volumétrica y mantener el máximo esfuerzo del vástago pulido tan bajo como sea posible. Haber bajado la válvula estacionaria para sobre vencer las condiciones gasíferas de la bomba. Como consecuencia de estos dos pozos en el diagrama B se pierde menos carrera por compresión que en el diagrama A. 76 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

39 Sección3.77 Pozos que bombean crudo viscoso En un pozo que produzca petróleo viscoso se obtiene un diagrama como el siguiente. Gráfico 3.8 Peso de varillas 0 Se puede observar que el esfuerzo en la carrera proporcionalmente mayor que el peso estático de la varilla. ascendente es En la carrera descendente las varillas están soportadas y la tensión del vástago pulido es nula. Hay excesiva amortiguación. Determinación del Momento Óptimo en el Reductor de los Pozos Uno de los más importantes empleos de la Dinamografía es en la determinación del momento en el reductor de la unidad de bombeo en función del ángulo de rotación de la manivela. Esto permite comprobar la carga a la que está sometido el reductor, previniendo que se sobrecargue y a su vez que se desgaste rápidamente. Además, permite balancear el gato correctamente con el fin de utilizar racionalmente la energía del motor. Lo hace más importante aún el hecho de que el reductor representa el 40-60% de los gastos de la unidad de bombeo. El método utilizado para medir torque neto ha sido estandarizado por API (11) (parte de la norma se adiciona en los anexos C y D) y se requiere para su cálculo de los siguientes datos: Gráfico de la dinamografía Geometría de la unidad de bombeo Sentido de rotación de la manivela El efecto del contrabalanceo medido a 270º o 90º 77 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

40 Sección Requerimientos para el cálculo del torque neto según API.(11) La metodología sugerida por API sirvió de orientación para la ejecución de un procedimiento propio para determinar el momento óptimo en el reductor de los pozos investigados Gráfico de la Dinamografía Partiendo de la opción de la Página 1 que brinda el Dycomaster, se obtiene el trazado de la dinamografía normal, que corresponde al diagrama de carga vs recorrido de la unidad para un ciclo de bombeo. Este diagrama fue necesario para determinar el valor de carga a la que está sometido el varillón, correspondiente a la posición angular de la manivela cada 300. Una vez conocido los valores de peso máximo, peso mínimo y recorrido del pistón en el fondo del pozo, los cuales aparecen directamente en la pantalla y hoja impresa, se procedió a determinar el resto de los valores de carga a través de un simple cálculo de proporcionalidad. EL EJERCICIO: Continúe el RP 11L cálculos para las cargas y contrapeso etc. 78 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia

41 Sección3.79 EL EJERCICIO: Una dinamografia se efectua en un pozo con problema. El MPRL real se determina en 13,000 libras. El PPRL es 22,500 lbs. La sarta de varillas es de ¾" de acero D. Cuál es el problema y cual es la solución? 79 D:\Trabajo\Portal\Entrega ETP septiembre 2010\8. Recursos de aprendizaje\bibliografia\manuales Familia