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