Bombas de Cavidades Progresivas Multilobulares por Marcelo Hirschfeldt. &

Transcripción

1 Bomba de Cavidade ogeiva Multilobulae po Macelo Hichfeldt. & Intoducción La geometía multi-lobula tiene el mimo oigen que la geometía ingle-lobula, la cual e baa en lo pincipio de René Moineau. A pea de la múltiple elativa ventaja en cuanto a u capacidad volumética y ventaja dimenionale, lo paámeto opeacionale de toque y potencia, aí como la fecuencia de vibacione han limitado u utilización como u ango de aplicación. En bae a eto, la compañía alemana Netzch en conjunto con difeente laboatoio alemane y autíaco, deaollaon y patentaon la tecnología multi-lobula modificada la cual e baa en Hipecicloide en vez de Hipocicloide, iendo la configuación actual de la bomba utilizada. Con ete deaollo, e poible obtene una geometía que pemite aumenta el áea de flujo y la capacidad volumética, aí como educi el epeo del elatómeo, ente oto detalle Relación de lóbulo y longitude de pao La geometía de la bomba viene definida fundamentalmente po la elación de lóbulo ente oto y etato, la cual debe obedece la condicione que hacen que e fomen la cavidade ceada: que el oto tenga un lóbulo meno que el etato, y que el etato-oto contituyan longitudinalmente do enganaje.. La bomba multi-lobulae on elaboada con un oto con L hélice inetado dento de un etato con L = L+ 1 hélice. En una ección tanveal, tanto el oto como el etato etán definido extenamente como cuva ondulada en pemanente contacto, iendo cada hélice coepondiente a un lóbulo. La bomba on llamada, Bomba de geometía L:L o ejemplo la geometía de una bomba con oto extenamente helicoidal imple y etato intenamente helicoidal doble e conoce como bomba de elación 1:2 (Single Lobula). Siguiendo la condición fundamental de que el etato debe tene un lóbulo má que el oto, encontaemo ditinta geometía cuya nomenclatua vaiaá dependiendo de la cantidad de lóbulo. Ete tipo de geometía on denominada multi-lobulae, la cuale on epeentada a continuación: Geometía 1:2 (ingle lobula) Geometía 2:3 Geometía 3:4 o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 1

2 La elación ente el pao del oto y el pao del etato e igual a la elación de lóbulo, po lo L que iempe e cumple la elación: L = = 1.5 L L = Llevando eta ecuación al cao de la bomba de geometía 2:3, podemo deci que: = 1.5 Single-lobe 1:2 Multi-lobe 2: Cómo influye el epeo y la unifomidad del elatómeo.? Hay numeoa difeencia ente la bomba multi-lobulae cuando e la compaa con la tadicional 1:2, o ingle-lobulae. Una difeencia e el efecto de hinchazón po aomático y/o expanión témica en el elatómeo del etato. La habilidad de la C de genea peión depende del ello ente el oto y etato. Un óptimo ello o ajute e bucado a fin de mejoa el endimiento de la bomba. o ejemplo, aunque un exceivo ajute povee una adecuada geneación de peión, puede eulta en una exceiva ficción en la bomba lo cual baja la eficiencia mecánica y decece la vida de la bomba. Inveamente un ajute holgado bajaá la eficiencia volumética de la bomba. Dado que la pefomance de la C e enible a un ajute óptimo ente oto/etato, e muy impote elegi la mejo combinación penando en ajute que e poduciá a medida que el elatómeo e vaya hinchando. o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 2

3 o ejemplo, lo elatómeo fecuentemente e hinchan debido a la aboción de lo fluido poducido y/o po la expanión témica como un eultado del incemento de tempeatua povocado po la ficción de la bomba, po el fluido poducido y/o po la fatiga del mimo (defomación cíclica). Ete hinchamiento o expanión puede e exceivo, eultando en una vida má cota de la bomba. La natualeza del fenómeno de hinchamiento/expanión depende ente oto apecto, del áea eccional del pefil del elatómeo. El cambio debido a ete fenómeno etá expeado como un pocentaje del epeo del elatómeo. La difeencia ente el máximo y mínimo epeo del elatómeo on también pejudiciale dado que contibuyen a la no unifomidad del pefil, donde la geometía intena del etato puede e afectada al punto donde la geometía del oto no ajuta. Eto también taeá como eultado una baja eficiencia en la bomba. Dede ya la difeencia ente el máximo y mínimo epeo de elatómeo de cualquie modelo debeía e minimizado. El dieño de la bomba multi-lobulaae pemite un elatómeo ma delgado, aí como un pefil de epeoe ma unifome. El iguiente dibujo a ecala mueta la difeencia exitente ente do modelo de bomba con ditinta geometía y de igual deplazamiento volumético. El eultado e una bomba que e afectada en meno gado po la hinchazón de elatómeo y expanión témica, mejoando y polongando el buen deempeño de la bomba. 9 mm 6 mm 23 mm 16 mm Modelo 1 Modelo 2 o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 3

4 1.4. Capacidad elevación. Siguiendo la compaación ente la geometía 1:2 y 2:3, debemo ecoda lo iguiente concepto Geometía 1:2 Deplazan 2 cavidade oee 2 línea de ello Geometía 2:3 Deplazan 3 cavidade oee 3 línea de ello Eto e ve epeentado en lo iguiente equema, donde e obeva la ditibución de cavidade paa cada geometía: 1:2 2:3 En eumen, una bomba multi-lobula tendá meno peión difeencial po cavidad debido a un mayo númeo de línea de ello ente oto y etato. o ota pate, paa bomba de igual longitud, e poible incementa la capacidad de levantamiento a medida que aumenta el númeo de lóbulo, 1.5. Capacidad volumética, potencia y toque Debido al mayo númeo de cavidade (epecto a una bomba ingle-lobula) que deplazan en una otación y a que el áea de flujo e maximiza en la geometía 2:3, e pueden obtene mayo capacidad volumética po RM (Revolucione po minuto) compaando equipo de ditinta geometía peo de igual dimenione. Eto e detaca como una ventaja cuando e equiee aumenta la capacidad volumética de una bomba y e encuentan con condicione que etingen el diámeto máximo del etato como e el cao de caing de diámeto educido o cuando e tabaja con C inetable en tubing. eo ante de conidealo una ventaja aboluta, debemo analiza qué elación exite ente la potencia conumida, la RM a la que giaá la bomba y el toque a vence al tanmiti la potencia al oto. La iguiente ecuación epeenta el toque equeido/tanmitido a la bomba: otencia Toque = Cte RM o lo tanto i conideamo la mayo capacidad volumética de la bomba multi-lobulae, podíamo deci que no olo pemite extae mayo volumen po RM, ino que vito dede oto punto de vita no pemitiía extae el mimo caudal que una bomba ingle-lobe con igual dimenione, peo a meno RM. o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 4

5 Obevando la ecuación de Toque e fácil deduci que a iguale potencia tanmitida, el toque aumentaá a medida que diminuya la RM. El iguiente ejemplo numéico, epeenta do cao con idéntica condicione de caudal y equeimiento de potencia, utilizando una bomba ingle-lobe y una bomba multi-lobe de igual diámeto peo ditinta capacidad volumética. En mucho cao, la neceidad de baja el númeo de RM in pede poducción, no lleva a opta po una geometía multi-lobula. Eta acción no llevaía a un aumento en el toque eitivo en la vailla de bombeo, el cual podía upea el límite de la mima, viéndono impoibilitado en mucho cao a obedimeniona la ata de vailla debido a eticcione en el diámeto inteno de lo tubing La RM y la vibacione A continuación e analizan alguno apecto de la cinemática de la bomba multi-lobula: Movimiento planetaio WR: Velocidad angula del oto WE: Velocidad angula del cento del oto epecto al cento del oto WE= - N LR * WR N LR = Númeo de lóbulo del oto WR (velocidad angula del oto) etá aociada a la RM, po lo tanto a igual RM, el movimiento excéntico del oto e diectamente popocional al númeo de lóbulo. En la páctica e ecomienda no upea la 300 RM, ya que upeando ete valo, la vibacione en el equipo comienzan a incementae, la cuale on tanmitida al eto de la intalación como lo on la vailla de bombeo, tubing, ancla de toque y cabezal en upeficie. o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 5

6 Oto paámeto a tene en cuenta, aociado a la RM y la geometía multi-lobula, e la fecuencia de defomación de lo lóbulo. La iguiente ecuación epeenta la fecuencia con la que e defoma el elatómeo del etato (cuanta vece paa el oto fente a la zona de mayo epeo del etato) F = (RM/60)* N Siendo N= númeo de lóbulo del etato y F, el númeo de vece po unidad de tiempo que e defoma el elatómeo. Siendo la defomación cíclica, un facto impotante en la degadación de la popiedade mecánica del elatómeo po la fatiga que eto poduce, e impotante conidealo dento de la limitacione de la geometía multi-lobulae Concluione Como hemo vito anteiomente, la geometía multi-lobula, peenta una eie de ventaja y deventaja, egún la aplicación que e le de a la bomba o como ean opeada. A continuación e peenta un eumen de la mima: aa bomba con igual diámeto exteno e obtendá mayo áea de flujo tanveal a medida que el númeo de lóbulo del oto e mayo, lo que incide diectamente en la capacidad de deplazamiento. Menoe valoe de excenticidad E lo cual diminuye el debalanceo del oto y la vibacione en la bomba, aunque la velocidad angula e incementa popocionalmente al númeo de lóbulo. Meno peión difeencial po cavidad debido a un mayo númeo de línea de ello ente oto y etato. o ota pate, paa bomba de igual longitud, e poible incementa la capacidad de levantamiento a medida que e aumenta el númeo de lóbulo. aa iguale condicione de caudal y peión (potencia), la bomba multi-lobula podá tabaja a menoe RM, incementando el toque a e tanmitido po la vailla. El dieño de la bomba multi-lobulaae pemite un elatómeo ma delgado, aí como un pefil de epeoe má unifome, eultando en una bomba que e afectada en meno gado po la hinchazón de elatómeo y expanión témica, mejoando y polongando el buen deempeño de la bomba. Eta ituación e ve contaetada en mucho cao po el exceo de defomación cíclica analizado en el unto1.6 o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 6

7 Refeencia Anothe Look to Multilobe C ump. o Joge Roble (Global oduct Line Manage ogeing Cavity umping Sytem. Weathefod) Stato life of a poitive diplacement down-hole dilling moto. po Majid S. Delpaand. R&M Enegy Sytem. A Unit of Robbin & Mye, Inc. C umping Sytem: Deign, Opeation and efomance Optimization. C-FER Technologie. Manual de poducto y Sevicio de Netzch Rotalift Multilobe ump. po COROD an EVI OIL TOOLS DIVISION Macelo Hichfeldt e Ingenieo en etóleo y tabajó en la indutia elacionada a la explotación de hidocabuo duante 19 año. Se deempeñó como upevio de poducción, mantenimiento y equipo de toe y alambe en lo pincipale yacimiento de la cuenca del Golfo San Joge, atagonia Agentina. También e deempeñó como Ingenieo de oducción y coodinado de equipo de Ingenieía de Yacimiento en lo último año. E docente de la cáteda de oducción en la Univeidad Nacional de la atagonia San Juan Boco en la caea de Ing. en etóleo dede el año También e el fundado y diecto de y en la actualidad e depeña como Conulto e Intucto independiente paa Oiloduction Conulting & Taining. Aceca de capacitación y conultoía: Decaga CV del Auto: Contacto Cel (ARG) Cel (EXT) macelo@oilpoduction.net Agentina o Macelo Hichfeldt-Oilpoduction.net 7