Bombeo electrosumergible(BES) Mayo 8, 2009 1494 El bombeo electrosumergible es un sistema de levantamiento artificial aplicado para desplazar volúmenes de crudo con una alta eficiencia y economía, en yacimientos potencial mente rentables (o en su defecto con grandes prospectivas) y en pozos profundos, con el objeto de manejar altas tasas de flujo. Este método es aplicado generalmente cuando se presentan los siguientes casos: – Alto índice de productividad – Baja presión de fondo – Alta relación agua – petróleo – Baja relación gas – líquido El BES se basa en la utilización de bombas centrífugas (de múltiples etapas) de subsuelo ubicadas en el fondo del pozo, estas son accionadas por motores eléctricos. El BES tiene un rango de capacidades que va desde 200 a 9000 BPD, trabaja a profundidades entre los 12000 y 15000 pies, el rango de eficiencia está entre 18 – 68% y puede ser usado en pozos tanto verticales como desviados o inclinados. Una unidad típica de BES está constituida en el fondo del pozo por los componentes: motor eléctrico, protector, sección de entrada, bomba electrocentrífuga y cable conductor. Las partes superficiales son: cabezal, cable superficial, Tablero de control y transformador. Además, se incluyen todos los accesorios necesarios para asegurar una buena operación, como son: separador de gas, flejes para cable, extensión de la mufa, válvula de drene, válvula de contrapresión, centradores, sensor de presión y temperatura de fondo, dispositivos electrónicos para control del motor, caja de unión, y controlador de velocidad variable. La integración de los componentes mencionados anteriormente es indispensable, debido a que cada uno lleva a cabo una función esencial en el sistema para obtener las condiciones de operación deseadas que permitan impulsar a la superficie los hidrocarburos. Parámetros a controlar en el BES – Verificación del nivel de fluido – Verificación de la instalación – Presiones de cabezal y fondo – Seguridad y optimización Ventajas del BES – Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son bajos – Es usado en pozos verticales y desviados – Pueden manejar tasas de producción alrededor de 200 – 90000 BPD – Este tipo de instalaciones no impacta fuertemente en las zonas urbanas – Bajo mantenimiento – Se facilita el monitoreo de presiones y temperaturas de fondo del hoyo, a través del uso de sensores – Puede ser manejado en pozos con grandes cortes de agua y baja relación gas- líquido.Alta resistencia en ambientes corrosivos dentro del hoy Desventajas del BES – Es imprescindible la corriente eléctrica, se requiere de altos voltajes – Los cables se deterioran al estar expuestos a altas temperaturas – Los cables dificultan el corrido de la tubería de producción – No es recomendable usar cuando hay alta producción de sólidos – No es funcional a altas profundidades debido al costo del cable, a posibles problemas operacionales y a los requerimientos de alta potencia de superficie – Con la presencia de gas libre en la bomba, no puede funcionar ya que impide el levantamiento – Las bombas están afectadas por: temperatura de fondo y producción de arena Bombeo Electrosumergible - Diseño Marcelo Madrid Hace 5 años Producción Para optimizar la producción en los pozos, las compañías operadoras a través de los departamentos de optimización de producción, buscan las diferentes alternativas posibles. Actualmente se consideran 2 opciones: 1. Cambiar el método de levantamiento artificial existente. 2. Optimizar el método en uso. Bajo este criterio se tienen áreas produciendo con diferentes métodos de producción acordes con las condiciones del pozo. En el siguiente post se explicará las características y diseño del bombeo electrosumergible, uno de los sistemas de levantamientos más usados en la industria petrolera. El bombeo electrosumergible saca el fluido de la formación a la superficie mediante la acción rotacional de una bomba centrífuga de múltiples etapas sumergidas en el pozo y accionada por energía eléctrica que es suministrada desde superficie. Este método de levantamiento es considerado efectivo y económico para producir grandes cantidades de flujo a mediana y grandes profundidades, y variadas condiciones de pozos. El bombeo electrosumergible presenta las siguientes ventajas: 1. Capacidad de manejar altos volúmenes. 2. Facilidad de operar en superficie. 3. Trabaja bien en pozos desviados. 4. Profundidades altas. El difusor dirige el fluido hacia el siguiente impulsor. 2. El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno. Transforma parte de la energía en energía potencial o presión. cercano al eje y sale por el diámetro exterior del impulsor. Con el 10% de gas libre se puede bloquear la bomba requiriendo la instalación de un separador de gas. Es del tipo multietapa y el número de éstas depende de cada aplicación específica. PIP disponible: está es una presión en función al sistema en el cual la bomba opera. El difusor cambia la energía cinética en energía potencial. 5. Etapa de la Bomba 1. 5. la bomba trabaja con eficiencia elevada. PIP requerida: esta resulta de ser la presión de entrada necesaria para alimentar apropiadamente a la bomba y prevenir o impedir la interferencia de gas o cavitación. 2. 4. 6. Componentes de Fondo La Bomba El corazón del sistema BES es la bomba centrífuga. Cuando se maneja solamente líquido. corrosión y manejo deficiente conllevan a la falla del cable. el impulsor genera fuerzas centrífugas que aumentan la velocidad del fluido (energía potencial más la energía cinética). Cada etapa esta compuesta por un impulsor rotario y un difusor estacionario. 3. El separador de gas . No es aplicable en completaciones múltiples. La parte estacionaria. el difusor. Entonces la PIP disponible es la sumergencia característica de cada instalación individual. La parte rotativa. Fluidos con arena son difíciles de manejar. dirige el fluido de la forma adecuada al siguiente impulsor. Costo inicial muy alto. Existen dos valores a ser considerados para la entrada de la bomba: 1. El impulsor da al fluido energía cinética. Cualquier daño en la unidad se debe hacer un servicio a pozo (taladro). Altas temperaturas. Su función es proveer la energía adicional para levantar la producción esperada a superficie. La bomba centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido desplazado. 3.El bombeo electrosumergible presenta las siguientes desventajas: 1. 2. Fundamentos Hidráulicos Es importante conocer la presión de entrada de la bomba o PIP (pump intake pressure) que es igual a la sumergencia más la presión del revestidor. el volumen de gas libre afecta su rendimiento y por ello cuando este sea el caso (>10% de volumen) se recomienda colocar un separador o ancla de gas cuando el pozo amerite. 4. En enfriamiento del motor se logra a través de: 1. Protector El protector sirve como eslabón vital en el ensamblaje. La eficiencia de un motor BES está en el orden de 80 y 90%.previene la cavitación y tiene como función retener el gas libre antes que ingrese a la bomba para pulsarlo a través del anular. Los estudios de datos empíricos indican que los fluidos en el pozo deberían circular por el motor a una tasa mínima de 1 pie/seg. Conectar el motor y la bomba 2. para disipar adecuadamente el calor transferido a través del motor.Presión de fondo . para efectos del diseño se considera de 80%. evitando con esto que la bomba maneje altos porcentajes de gas.Presencia de agua Opciones disponibles incluyen: .Temperatura del Motor . Motor Los motores usados en las operaciones de bombeo electrosumergible son del tipo Dipolares y Trifásicos de Inducción. Sistema de Monitoreo Los sistemas de monitoreo de fondo pueden ser instalados en la parte inferior del motor. el calor generado por el motor es retirado lejos por los fluidos del pozo en movimiento hacia la superficie.Vibración . 3.Presión de descarga . Los motores están llenos de un aceite mineral altamente refinado que lubrica los cojinetes del motor. Flujo del caudal del pozo alrededor de la parte exterior del motor. Compensar la expansión o contracción del motor por el efecto del calentamiento o enfriamiento. Opciones disponibles actualmente: . Su eficiencia en operación. Lubricar el eje principal y de esta forma reducir el desgaste del mismo. En una instalación BES. Este cable es el encargado de llevar la potencia eléctrica desde la superficie hasta el motor de subsuelo y también puede transmitir señales de presión y temperatura de regreso a superficie.Flujo de descarga . Cumple 3 funciones básicas: 1. Cable de Potencia El cable de potencia es uno de los componentes más importantes y sensibles en sistemas de levantamiento por BES. 2. Circulación interna del aceite del motor. Se fabrican diferentes tipos de tableros en relación con la potencia del motor y el voltaje secundario requerido por este último. La manipulación de la frecuencia de entrada al motor permite modificar la velocidad del equipo de fondo y por ende el rendimiento y rango operacional del sistema de levantamiento BES. Caja de Venteo Permite conectar el cable suplidor de energía del equipo de superficie con el cable de potencia al motor. construido internamente por circuitos que permiten enviar a través de cables de potencia señales a superficie y ser registrados mediante un instrumento instalado en el panel de superficie (data logger). lo cual ocasionaría una explosión. registradores de amperajes). pero adicionalmente tiene la facilidad de manejar frecuencias variables. El sensor de presión y temperatura es un equipo que se coloca acoplado en la parte final del motor. no sin antes obtener la gravedad específica del petróleo y mezcla.La longitud total del cable debe ser por los menos 100’ mayor que la profundidad de asentamiento para así realizar conexiones seguras a cierta distancia del cabezal del pozo. Tiene dispositivos de protección contra bajas y altas de amperajes (fusibles. 2. Esto permite operar la bomba a diferentes velocidades y producciones manteniendo una eficiencia alta en el sistema. Adicionalmente permite un arranque gradual (suave) en la operación de este tipo de sistemas de levantamiento. El controlador de velocidad variable usa componentes electrónicos para variar la frecuencia de entrada de 60 Hz y convertirla a una frecuencia que puede oscilar entre 30-90 Hz. Trabajan con una frecuencia fija de operación de 60 Hz. Cable de Superficie Es el encargado de suministrar la potencia eléctrica de la fuente de energía primaria al equipo de fondo. Se calcula la IPR (curva de oferta) con la información de la última prueba válida. Componentes de Superficie Arrancador (Switch Board) El tablero central es un equipo que protege y controla el funcionamiento del equipo de fondo. Se calcula el nivel dinámico del fluido (NF). . Permite ventear a la atmósfera el gas que fluye a la superficie a través del cable. evitando con esto. Variador de Frecuencia (VSD) Un variador cumple las mismas funciones de un arrancador. Diseño de Bombeo Electrosumergible 1. que llegue al panel de control. Conociendo la Pwf. Se calcula el factor volumétrico del gas (Bg) . Donde: Rs: solubilidad del petróleo [PCN/BN] γg: gravedad específica del gas [adm] T: temperatura [°F] Bo: factor volumétrico del petróleo [BY/BN] 5. Utilizando las correlaciones de Standing. se calcula la PIP. Donde: PIP: presión de entrada a la bomba (pump intake pressure) [lpc] Dp: profundidad media de los perforados [pie] Db: profundidad de la bomba [pie] Entonces con la PIP y el resto de los datos se calcula el Rs y Bo. 4. Se estima una profundidad de asentamiento de la bomba (100’ por encima del colgador) que garantice la sumergencia.Donde: γm: gravedad específica de la mezcla [adm] γo: gravedad específica del petróleo [adm] γw: gravedad específica del agua [adm] °API: gravedad API [adm] Pwf: presión de fondo fluyente [lpca] h: espesor [pie] NF: nivel de fluido [pie] 3. se calcula Rs y Bo a las condiciones imperantes en la entrada de la bomba (PIP y Tf). 1. Volumen de gas (Vg) Donde: Vg: volumen de gas [BY/D] 6. Determinación del volumen de gas que manejará la bomba. 6. Volumen de gas en solución (Sg) Donde: Sg: volumen de gas en solución [PCN/D] 6.4. Volumen total de gas (Tg) Donde: Tg: volumen total de gas [PCN/D] qo: tasa de producción de petróleo [BN/D] RGP: relación gas-petróleo [PCN/BN] 6.6.7.2.3.5. Volumen de gas libre (Fg) Donde: Fg: volumen de gas libre [PCN/D] 6. Donde: Bg: factor volumétrico del gas [BY/MPCN] Z: factor de compresibilidad de gases [adm] P: presión de yacimiento [lpca] 6. Volumen de agua (Vw) Donde: Vw: volumen de agua [BY/D] ql: tasa total de líquido [BN/D] Bw: factor volumétrico del agua [BY/BN] 6. Volumen de gas libre (%GL) . Volumen de petróleo (Vo) Donde: Vo: volumen de petróleo [BY/D] 6. se sabe que el mismo se retirará (en teoría) el 80% de gas libre. Una vez instalado el separador de gas.Donde: %GL: porcentaje de gas libre [%] Vt: volumen total de fluido [BY/D] Cuando se excede el 10% de gas libre (condición operacional normal). 7. por lo tanto se plantean nuevamente los cálculos para verificar los nuevos valores que manejará la bomba. Pérdidas por fricción en las líneas de flujo (Pd) 7.2.) Entonces Se utiliza la correlación conociendo la tasa de líquido (GPM) y el diámetro de la tubería en pulgadas. Donde: C: 120 (tubería nueva) ó 94 (tubería vieja) ql: tasa de líquido [GPM] ID: diámetro interno de la tubería [pulg] . Altura dinámica (Hd) 7. se requerirá la utilización de un separador de gas. Pérdidas por fricción en tubería (Ft) Nota: el factor (F/1000’) se obtiene gráficamente o por correlación. Se debe conocer la ql (BN/D o GPM) y el diámetro de la tubería o revestidor (pulg.3. Cálculo de la carga dinámica total (TDH) Donde: TDH: carga dinámica total [pie] Hd: altura dinámica [pie] Ft: pérdidas por fricción en la tubería [pie] Pd: pérdidas por fricción en la línea de flujo [pie] 7.1. los fabricantes recomiendan verificar la caída de voltaje en el mismo no sobrepase los 30 voltios/1000 pies. aunada al amperaje del motor.2% (eficiencia de bombeo) HML≈ 0. Pero antes se debe verificar que cumpla las condiciones teóricas Donde: (ΔVolt/1000’): caída de voltaje cada 1000’ [volt/1000’] . Por ende: Donde: ΔVolt= caída de voltaje [volt] Primero se obtiene la caída de voltaje a 68°F conocido el amperaje del motor y el número del cable a través del gráfico. Luego para calcular el factor de caída de voltaje. Finalmente se calcula la caída del voltaje a la temperatura de operación y considerando 200’ de cable en superficie.8.081 HP/etapa (carga de motor) 9.1 pie/etapa (capacidad de levantamiento) POE≈ 40. de tal forma que se pueda obtener la temperatura de operación del cable por medio de la gráfica. es importante tener la temperatura en el fondo del pozo. No obstante. 10. Determinación del número de etapas de la bomba. Determinación de la potencia del motor Donde: HP: caballos de potencia [HP] Entonces es posible seleccionar el motor adecuado considerando la recomendación del fabricante. Selección de la Bomba considerando: Tasa deseada Profundidad de asentamiento de la bomba Diámetro de revestidor Viscosidad del fluido Se utilizan las siguientes tablas y gráficos: HC≈ 23. proporciona el tipo de cable acorde a las condiciones dadas. 11. Selección del Cable La tabla general de recomendaciones para diseño. 12. lo cual demuestra la condición ideal de operación que deberá tener un equipo de bombeo electrosumergible. comenzaron a experimentar con Bombas de Cavidades Progresivas. el registro de amperaje deberá delinear suavemente una carta circular o simétrica con un valor de amperaje cercano al amperaje del motor. En los últimos años las BCP han experimentado un incremento gradual como un método de extracción artificial común. Reseña Historia. en forma helicoidal de paso simple y sección circular.1. las fábricas comenzaron con importantes avances en términos de capacidad. 1. donde existían yacimientos con petróleos viscosos y con alto contenido de arena. Sin embargo el bombeo de cavidades progresivas está recién en la infancia si las comparamos con los otros métodos de extracción artificial como las bombas electro sumergible o el bombeo mecánico. Descripción del sistema BCP. además de la inexactitud del factor de potencia que se aplica (potencial real en kilovatio). Calculo de los KVA necesarios para la selección del transformador Donde: KVA: kilovatios (kVA) Amp: amperios (A) Vs: Voltaje en el motor + ΔVolt [volt] Para efectos de diseño. A fines de los años 20. Un sistema BCP consta básicamente de un cabezal de accionamiento en superficie y una bomba de fondo compuesta de un rotor de acero. Bajo condiciones normales de operación. El uso de estás bombas se extendió a diferentes países como. . la interpretación apropiada de estas cartas puede generar la solución del problema presente en la instalación. entrampamiento del gas. Muy pronto. que gira dentro de un estator de elastómero vulcanizado. Rene Moineau desarrolló el concepto para una serie de bombas helicoidales. ciclaje excesivo y sobrecarga de amperaje. Para descargar las tablas y gráficas para el diseño pueden hacer clic aquí Sistema de bombeo de cavidades progresivas 1. Las cartas de amperaje es la técnica más utilizada para evaluar este tipo de instalaciones. en recuperación de petróleos pesados. El Bombeo por Cavidad Progresiva proporciona un método de levantamiento artificial que se puede utilizar en la producción de fluidos muy viscosos y posee pocas partes móviles por lo que su mantenimiento es relativamente sencillo. La operación de la bomba es sencilla.2. con las cartas o discos del amperímetro se reflejan todos los cambios ocurridos durante la operación de bombeo. como por ejemplo el bombeo normal. Argentina. Canadá entre otros. debido a la amplia flexibilidad de los transformadores y los diferentes voltajes y condiciones en que funciona. se van formando cavidades selladas entre las superficies de ambos. En 1979. Hoy en día el bombeo por cavidades progresivas es destacado como sistemas de levantamiento artificial. Venezuela (tiene el depósito más grande de petróleos pesados y extra-pesados). presión de trabajo y tipos de elastómeros. Una de ellas tomó el nombre de Bombeo por Cavidades Progresivas (BCP) con el cual hoy es conocido. algunos operadores de Canadá. la capacidad de carga de los transformadores se calcula con capacidad de carga de potencia aparente (KVA). para mover el fluido desde la succión de la bomba hasta su descarga. California. a medida que el rotor gira excéntricamente dentro del estator. el tipo de bombeo es de desplazamiento positivo. Instalación Insertable. 1. La geometría del conjunto es tal. debe conocerse la torsión máxima que puede soportar este mecanismo a fin de evitar daños innecesarios y mala operación del sistema. se conecta a la tubería de producción permanentemente con lo cual es posible asentar y desasentar la bomba tantas veces como sea necesario. El diámetro de este empaque debe ser lo suficientemente grande como para permitir el paso de fluidos a la descarga de la bomba sin presentar restricción de ningún tipo. La instalación de superficie esta compuesta por un cabezal de rotación. Este tipo de instalación hoy en día ya no es tan usada por el tiempo que consume. que se puede utilizar en la producción de fluidos muy viscosos y que posee pocas partes móviles por lo que su mantenimiento es . Los acoples superior e inferior de esta extensión sirven de guía y soporte para la instalación de este sistema. En vista de esto. minimizando el tiempo de intervención y. El rotor va roscado en las varillas por medio del niple espaciador o intermedio. El niple de asentamiento o zapato. y lo suficientemente pequeño como para no permitir el paso libre de los acoples de la extensión del rotor. En la instalación convencional. Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del estator hasta la descarga generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas.2.1. las varillas son las que proporcionan el movimiento giratorio. Ventajas y desventajas de los sistemas BPC. en consecuencia. Debido a que las cavidades están hidráulicamente selladas entre si. Las principales ventajas que proporciona este método de levantamiento artificial es. no existirá acción de bombeo. En otras palabras. Estos sistemas proporcionan la potencia necesaria para poner en funcionamiento al a bomba de cavidades progresivas.4. mientras que la instalación insertable es el que lo ha suplantado. en el que va instalado y asegurado al sistema de anclaje.3. la bomba completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna de tubería de producción.3. de lo contrario. Instalación convencional. primero se baja la tubería de producción se la ancla con un packers luego de la fijación se baja el estator y rotor que son instalados de forma separada. 1. Al rotor se le conecta una extensión de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba. Otro elemento importante en este tipo de instalaciones es el sistema de anclaje. En la configuración de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo. La bomba es la misma que en la configuración convencional con la diferencia de que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo totalmente ensamblado como una sola pieza. Tipos de instalación BPC. por el sistema de trasmisión y el sistema de frenado. las varillas son las que proporcionan el movimiento desde la superficie hasta la cabeza del rotor.El estator va en el fondo del pozo enroscado a la tubería de producción con un empaque no sellante en su parte superior. el costo asociado ha dicho trabajo. que forma una serie de cavidades idénticas y separadas entre si. que está conformado. son enroscadas al rotor generando el movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha. que debe impedir el movimiento rotativo del equipo ya que. en este tipo de instalación se demora y consume más tiempo y en consecuencia mayor inversión. 1.3. 1. debido a la simplicidad y a las pequeñas dimensiones del cabezal de accionamiento. La inversión de capital es del orden del 50% al 25% del de las unidades convencionales de bombeo. . El esfuerzo constante en la sarta con movimientos mínimos disminuye el riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo. y Simple instalación y operación. Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del estator y al mecanismo de bombeo. causando una aparente ineficiencia. Geometrías. el equipo comienza a trabajar en seco). La ausencia de pulsaciones en la formación cercana al pozo generará menor producción de arena de yacimientos no consolidados. El bajo nivel de ruido y pequeño impacto visual la hace ideal para áreas urbanas.1. relativamente sencillo. Desgaste por contacto entre las varilla y la cañería de producción en pozos direccionales y horizontales. Los costos operativos son también mucho más bajos. dependiendo del tamaño.4. como sucede con cualquier bomba. pero el gas libre a la succión resta parte de su capacidad. y Requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba (ya sea por falla. 1.4. y La torsión de trabajo es baja. Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son: Producción de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises.2. La presencia de gas no bloquea la bomba. 1. Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por períodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se obstruye la succión de la bomba. rangos de velocidades recomendados desde 25 hasta 500 RPM. Ventajas: Los sistemas BCP tienen algunas características únicas que los hacen ventajosos con respecto a otros métodos de levantamiento artificial. Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las partes móviles.5. Este rango se puede obtener sin cambio de equipo. razón por la cual pueden utilizarse varillas de diámetro menor disminuyendo el roce con el tubing.3. lo que da una relación de 20 a 1 en los caudales obtenidos. Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por períodos prolongados de tiempo). Amplío rango de producción para cada modelo. los sistemas de bombeo por cavidades progresivas proveen el más económico método de levantamiento artificial si se configura y opera apropiadamente. En su aplicación correcta. Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional. La sustitución de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un equipo pequeño de servicio. especialmente con el contenido de componentes aromáticos.4. A continuación se presentan varias de las desventajas de los sistemas BCP: Resistencia a la temperatura de hasta 280°F o 138°C (máxima de 350°F o 178°C). Ventajas de la instalación insertable. Con respecto a las desventajas que ofrece este sistema esta el hecho de que el elastómero se puede llegar a deteriorar debido a agentes contaminantes en el crudo y que no puede ser utilizada a grandes profundidades por dos razones principales: sería necesario el uso de grandes extensiones de varillas y las altas temperaturas también pueden dañar el elastómero. solo giran. hacen que la unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos múltiples y plataformas de producción costa fuera. la unidad completa puede ser transportada con una camioneta. por adecuación o por cambio de sistema). Típicamente se obtienen eficiencias entre 50 y 60 %. una de sus cualidades más importantes es su alta eficiencia total. Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos. 1. Sin embargo. así como la compatibilidad de los elastómeros con ciertos fluidos producidos. 1. Su pequeño tamaño y limitado uso de espacio en superficies. Los costos de transporte son también mínimos. La más significativa de estas limitaciones se refiere a las capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba. La producción de flujo constante hacen más fácil la instrumentación. Desventajas: Los sistemas BCP también tienen algunas desventajas en comparación con los otros métodos. sumado a los beneficios de un sistema insertable: No necesita ser removida la columna de tubería de producción para extraer la bomba del fondo. Se señala ahorros de energía de hasta 60% al 75% comparado con unidades convencionales de bombeo eficiente. estas limitaciones están siendo superadas cada día con el desarrollo de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y diseño de los equipos. El sistema de accionamiento es también eficiente a causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan. Existen distintas geometrías en sistemas BCP. el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación. La mínima longitud requerida por la bomba. Se pueden presentar distintas combinaciones que afectan a la distribución de la presión dentro de la bomba: . Cada longitud adicional de paso da por resultado una etapa más. define el número de etapas de la bomba. el caudal es uniforme.La geometría de la bomba está sujeta a la relación de lóbulos entre rotor y estator. Esta acción de bombeo puede asemejarse a la de un pistón moviéndose a través de un cilindro de longitud infinita. y la velocidad de rotación constante. El desplazamiento de la bomba. para crear un efecto de acción de bombeo es UN PASO. En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir algunas partes importantes. Para obtener esas líneas de sello se requiere una interferencia entre rotor-estator. Esta es una importante característica del sistema que lo diferencia del bombeo alternativo con descarga pulsante. es decir una compresión entre rotor y estator. La relación entre el número de lóbulos del rotor y el estator permite definir la siguiente nomenclatura: La distribución de efectos es dada por la cantidad de veces que la línea de sellos se repite. mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presión. Cada etapa está diseñada para soportar una determinada presión diferencial. es el volumen producido por cada vuelta del rotor (es función del área y de la longitud de la cavidad). El área es constante. En tanto. ésta es entonces una bomba de una etapa. La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presión está dada por las líneas de sello hidráulico formados entre ROTOR y ESTATOR. Posición relativa del rotor y el estator en una bomba de lóbulo simple. y está definida por los siguientes parámetros: Cada ciclo de rotación del rotor produce dos cavidades de fluido. y las mismas están relacionadas directamente con el número de lóbulos del estator y rotor. por lo tanto a mayor número de etapas. Baja interferencia: disminuye la eficiencia de la bomba. Diferencia entre el diámetro externo de la sección del rotor y el menor diámetro del estator. Es la característica más importante a determinar para obtener una larga vida útil una vez dimensionado el equipo BPC. Alta interferencia: pronta rotura por histéresis. Interferencia entre rotor y elastómero. 1. .5. que requiere un sellado hermético entre rotor y estator. a) Igual interferencia.1. Necesaria para generar presión diferencial entre cavidades.Distinto número de etapas. Distribución y efectos. b) Igual número de etapas . Equipos de Subsuelo: .1. CAPÍTULO II Equipos de superficie y quipos de subsuelo El sistema de bombeo por cavidades progresivas está integrada por dos secciones de equipos: Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo. A continuación se describen brevemente ambos tipos. 2.Distinta interferencia. .2. de este modo en caso de quedar el ancla atrapada. existen más posibilidades de librarla. es una hélice doble interna y moldeado a precisión.3.1. lo que se realiza girando la columna hacia la izquierda.En caso de haber instalado un ancla de torsión. 2.2. Sarta de varillas: Es un conjunto de varillas unidas entre sí por medio de cuplas formando la mencionada sarta. correspondiente a su diámetro. utilizándose diámetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas. se debe ajustar con la torsión máxima API. la columna se arma con torsión óptimo API. de no raspar con el tubing.1. 2. Si no hay ancla de torsión.1. Tubería de producción: Es una tubería de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo. La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie. Si existiera arena. aún con ancla de torsión. Estator: Usualmente está conectado a la tubería de producción.1. En el estator se encuentra una barra horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es el punto de partida para el espaciamiento del mismo. de manera. se introduce en el pozo y de esta forma se hace parte integral del sistema de bombeo de cavidad progresiva. Los diámetros máximos utilizados están limitados por el diámetro interior de la tubería de producción. hecho de un elastómero sintético el cual está adherido dentro de un tubo de acero. para prevenir el desenrosque de la tubería de producción. se debe ajustar también con el máximo API. Estando el estator y el rotor al mismo nivel.1. Tiene como función principal bombear el fluido girando de modo excéntrico dentro del estator.5. tornada a precisión hecha de acero al cromo para darle mayor resistencia contra la abrasión. Centralizador: Puede ser un componente adicional. sus extremos inferiores del rotor. es la única pieza que se mueve en la bomba. creando cavidades que progresan en forma ascendente. sin embargo.4. Este consiste en una hélice externa con un área de sección transversal redondeada. partiendo del extremo superior del rotor. se puede observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator.1. 2. esta deja muchas veces marcada la hélice del rotor. sobresale del elastómero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm. aunque sea escasa. 2. Rotor: Suspendido y girado por las varillas. este dato permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado. El elastómero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original teniendo la capacidad de recobrar rápidamente sus dimensiones una vez que la fuerza es removida. Empleado en la tubería con el propósito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la bomba dentro de la tubería de producción. En caso de presencia de arena. tiene mayor uso en especial para proteger las partes del sistema. De este modo. El tipo de centralizadores es el "no soldado". al retirar el rotor por cualquier motivo. Elastómero: Es una goma en forma de espiral y esta adherida a un tubo de acero el cual forma el estator. . 1. Niple Intermedio o Niple Espaciador: Su función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla.10. 2. durante el espaciamiento. que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su extremo inferior. para permitir instalar debajo el ancla de torsión o cualquier otro elemento. A esto se suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armónicas ocasionadas por el giro de la hélice del rotor dentro del estator. es decir hacia el sentido de desenrosque de los caños. Debe ir siempre instalada debajo del estator.1. con la unidad funcionando. se dobla menos o no se dobla. el ancla de torsión evita este problema. Niple De Paro: Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior del estator. Servir de pulmón al estiramiento de las varillas. Como succión de la bomba. debido a su largo y al movimiento excéntrico del rotor que se transmite directamente a ella. en lugar de una varilla.7. Cuando se instala una varilla. para que el rotor tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente. más se ajusta el ancla. cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite. Cuanto más la columna tiende al desenrosque. Su función es: Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento. tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la última tubería de producción. cuando gira a velocidades superiores a las 250 RPM.9. En este caso es imprescindible su instalación. La combinación de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tubería de producción. .1.1. o hacia la derecha (vista desde arriba) se realiza la acción de girar la columna también hacia la derecha. 2. Los más usuales son los de rosca doble.8. A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor. vibraciones que son tanto mayores cuanto más profunda es la instalación de la bomba. Trozo De Maniobra: Es muy importante instalar un trozo de esta medida inmediatamente por encima del rotor. 2. 2. con una rosca hembra en su extremo superior. dependiendo de su diámetro. El trozo de maniobra. al ser de menos de la mitad del largo de la varilla. Ancla de Torsión: Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj. Para algunas medidas de bomba. La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la hermeticidad. se debe colocar siempre arriba del niple intermedio. estos pedazos de elastómero podrán ser recuperados con equipo especial y no permanecerán en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados nuevamente por la bomba. 2. partes de la herramienta podrían estar conectadas.11. No obstante. es recomendable en todos los casos. Para poder probar toda la cañería y además como su diámetro interno es menor que el de la tubería de producción no permite el paso de centralizadores a través de él. 2.13. Adicionalmente. trozos de tamaño regular del mismo. Zapato probador de hermeticidad: En caso de ser instalado (altamente recomendado). Una vez cambiada la instalación de fondo. La suma de la presión de prueba más la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manométrica de la bomba para evitar dañarla. arregladas o encajadas adentro. Equipos de superficie. Puede referirse al cuerpo principal de una herramienta o un eje. cuanto mayor sea la presión total resultante sobre la bomba. Caño Filtro: Se utiliza para evitar. Niple Asiento: es una pequeña unión sustituta que se corre en la sarta de producción. tanto mayor. no siempre es necesaria su instalación. no se puede utilizar. (en el caso de rotura de estator con desprendimiento de elastómero). 2. El término mandril tiene muchos significados. 2.1. aunque siempre existe escurrimiento.1.14. ya que en bombas de menor caudal a bajas velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se producen grandes vibraciones.2.12. porque el pasaje interior del mismo es inferior al diámetro del rotor impidiendo su paso en la bajada.1.1. . evitando en un futuro el movimiento de instalación de tubería de producción al momento de cambiar el sistema de extracción. En bombas insertables el mecanismo de anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de asiento que una bomba mecánica. También puede ser varillas de operación en una herramienta. 2. Mandril A Copas: Permite fijar la instalación en el niple de asiento y produce la hermeticidad entre la instalación de tubería de producción y el resto del pozo. Permite fijar la instalación a la profundidad deseada y realizar una prueba de hermeticidad de cañería. pueden estar dentro del espacio anular.Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsión es mayor. para manejar las cargas axiales de las varillas. Sistema de transmisión. el rango de velocidad a la cual debe funcionar.2. algunos cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes mecánicos o poleas y correas. y Sistema de frenado. un sistema de freno (mecánico o hidráulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un dispositivo externo. necesarios para accionar el equipo de subsuelo. 1. Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son: Cabezal de rotación.2. Cabezales de rotación 2. Consiste en un sistema de rodamientos o cojinetes que soportan la carga axial del sistema. Un ensamblaje de instalación que incluye el sistema de empaque para evitar la filtración de fluidos a través de las conexiones de superficie. El pesó de la sarta de varillas se halla suspendido a una grampa.1. es necesario dimensionar correctamente los equipos de superficie que sean capaces de proveer la energía requerida por el sistema. El cabezal de rotación debe ser diseñado. Este es un equipo de accionamiento mecánico instalado en la superficie directamente sobre la cabeza de pozo. Plano del cabezal de una BCP. entregar la torsión requerida y rotar al vástago a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie. mínimos de operación. Descripción de las partes del cabezal para BCP. La barra se puede levantar a través del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por circulación inversa. la capacidad de freno y la potencia necesitara. El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical de la sarta de varillas de succión (a semejanza del sistema buje de impulso/vástago de perforación). provisto de cuatro pernos. Además. 2. Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar la carga axial del equipo de fondo. base porta empaque . Cabezal de rotación. La torsión se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta grampa.1.1. Una vez obtenidos los parámetros. tapa superior 9. distancia entre ejes y costo. bulon alem 12 x 175 x 35 21. existen al menos tres métodos muy utilizados: Transmisión con engranajes. buje centralizador de tuerca empaque 4. correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos. caliper de freno 19.2. como correas y poleas. buje centralizador inferior 5. tuerca porta empaque 3. posición de los ejes. rodamiento nj 221 12. disco de freno 20. lo que traería como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la insuficiente disipación de calor. 2. bulones 10/32 anclaje buje de tuerca 7.2. Sistema de correas y poleas. caño guía 14. cuerpo principal 8. Sistema de transmisión. deflector ecológico 6. eje motriz pasaje hasta 1 1/2" 10. Como sistema de transmisión se conoce el dispositivo utilizado para transferir la energía desde la fuente de energía primaria (motor eléctrico o de combustión interna) hasta el cabezal de rotación. rodamiento 29420 11. bulones alem 3/4 x 2 1/4" 18. Para la transmisión de torsión de una máquina motriz a una máquina conducida. . engranaje 42 dientes 2. rodamiento nj 214 13. caja comando hidráulico 22. motor hidráulico 23. Dependiendo de la potencia. Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM. reten inferior 16. engranaje 22 dientes 25. correa sincrónica 90 x 190 24. mesa porta polea 17. En la mayoría de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a velocidades menores a 150 RPM. sincrónica. visor 15. se seleccionará el método a utilizar. es usual utilizar cabezales con caja reductora interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisión. relación de transmisión. . Durante ese proceso de marcha inversa. Si el sistema se para repentinamente. lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y se disipe la energía acumulada. Las pastillas del freno se pueden reemplazar fácilmente en el campo por el buen acceso al caliper de freno que se tiene. así evitando aprisionamiento de la bomba de fondo. caso contrario se puede optar por un bloqueo del mismo según los requerimientos operativos. este mecanismo hidráulico puede accionarse con juegos de válvula de drenaje. Al perder el control de la marcha inversa. El motor hidráulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta inmediata en ambos sentidos de giro. El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta potencia con bombas de gran dimensión. Adicionalmente. Sistema de Freno La segunda función importante del cabezal es la de frenado que requiere el sistema. Al ocurrir la marcha hacia atrás. El manifould comando permite un rango de regulación según las exigencias del equipo. el plato acciona un mecanismo hidráulico que genera resistencia al movimiento inverso. en el momento de la parada. pudiendo ocasionar esta situación daños severos al operador.2. con el disco acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal. 2. Ya que se puede optar por un freno progresivo. la sarta de varillas de bombeo libera esa energía girando en forma inversa para liberar torsión. De los frenos utilizados se pueden destacar los siguientes: Freno de accionamiento por fricción: Compuesto tradicionalmente de un sistema de disco y pastillas de fricción. El freno funciona automáticamente tan pronto como hay contrarrotación y la velocidad de contrarrotación se puede ajustar fácilmente por el alto rango de regulación que consta el manifould comando. . Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido de las agujas del reloj (operación de una BCP). 2. Este tipo de freno es utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP Freno de accionamiento Hidráulico: Es muy utilizado debido a su mayor eficiencia de acción. Características de sistema de frenado. etc. una cantidad significativa de energía se acumula en forma de torsión sobre las varillas. accionadas hidráulicamente o mecánicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa. Cuando un sistema BCP esta en operación.3. Dependiendo del diseño del cabezal. las altas velocidades pueden causar severos daños al equipo de superficie.3.1. desenrosque de la sarta de varillas y hasta la rotura violenta de la polea el cabezal. La mayoría de estos sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal. embragues mecánicos. a esta rotación inversa se le suma la producida debido a la igualación de niveles de fluido en la tubería de producción y el espacio anular. El freno de disco asegura una mejor dispersión del calor generando un frenado prolongado.2. se puede alcanzar velocidades de rotación muy altas. 3. Resistencia al desgarramiento. 3.2. CAPÍTULO III.1. para evitar la descompresión explosiva. De su correcta determinación y su interferencia con el rotor. que favorece las reacciones químicas permitiendo agregar aditivos que mejoran sus propiedades. Elastómeros Son la base del sistema BCP en el que está moldeado el perfil de doble hélice del estator. Condiciones de elastómeros para BCP. . Resilencia: velocidad para volver a la forma original. 3. uniéndolas en una sola molécula reticulada para dar como resultado el elastómero. Elasticidad. pérdida de material por abrasión. El elastómero es un elemento que puede ser estirado un mínimo de dos veces de su longitud y recuperar inmediatamente su dimensión original.000 de ciclos acumulados de deformación cíclica. fuerza requerida para deformar la superficie del elastómero. depende la vida útil de una BCP. Dureza shore. 3. Permeabilidad. 3.1. Resistencia a la abrasión. cadenas poliméricas de butadieno y acrilonitrilo (ACN). forma enlaces covalentes entre las diferentes cadenas poliméricas. hasta 500. Características: Resistencia a la fatiga. Elastómeros para petróleo. estas cadenas tienen la siguiente composición química: HHH ||| -C–C=C–C- ||| HHH Butadieno HH || -C–C- || HC=N Acrilonitrilo Características del NBR Y ACN. Los principales elastómeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de nitrilo butadieno NBR (nitrile butadiene rubber).000. Fuerza necesaria por unidad de superficie para estirar una unidad de longitud (resistencia a la presión). Es el caucho natural que es tratado para producir encruzamiento. para poder volver a sellar las cavidades. CARACTERISTICAS DEL NBR El butadieno posee un doble enlace tenso de carbono. en paros de producción de pozos con gas libre en la succión de la bomba.2. Definición. tales como azufre que provee enlaces reductores de fricción.shtml#ixzz4ilRxe3ZC .2. Muy buena resistencia a la temperatura. Tabla de características de cauchos para BCP. Proceso de vulcanización. Características del clorosulfuro de polietileno. Muy baja resistencia al agua caliente. Dureza Elastómero Campo de uso Shore Leer más: http://www.4. los aditivos se mezclan mecánicamente y luego se moldea y vulcaniza la mezcla para acelerar el proceso de formación de las enlaces. Dureza shore > % de ACN >resistencia a los aromáticos y al CO2. 3. Cauchos especiales Estos elastómeros son utilizados cuando las características se los pozos son extremas. 3. Se utiliza para pozos de agua y gas.3. Baja resistencia al agua caliente. Este compuesto el que le aporta las propiedades necesarias para afrontar los requerimientos de la explotación de petróleo. Buena resistencia a la abrasión. Descompresión explosiva pobre. El contenido de ACN en los elastómeros para petróleo está comprendido entre 18 y 50 %. los más usados son: Caucho de nitrilo butadieno hidrogenado HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rubber) y el Clorosulfuro de polietileno.com/trabajos69/bombeo-cavidades-progresivas/bombeo-cavidades- progresivas2. Características del HNBR. Características ACN.2. Baja resistencia al H2S pues ataca el enlace triple del ACN. produciendo diferentes efectos sobre sus características y propiedades.3. Muy baja resistencia al petróleo.monografias.2. Se utiliza más de una docena de aditivos en cada compuesto específico de caucho. Propiedades mecánicas medias.3. 3. Baja resistencia a los aromáticos y al CO2. 3. Buena resistencia al H2S el hidrogeno satura el triple enlace del ACN.1. Excelente resistencia al agua caliente y al CO2. Los oleófilos tienden a absorber petróleo.2. Etc. catalizadores de vulcanizado. Dureza shore > % de carbono > resistencia mecánica.