SDPERIO

LITECNICA D E L L I T O R A L - .

Facultad de Ingeniera Mechica

ANALISIS Y DISEnO DE BOMBAS MECANICAS PARA LA EXTRACCION DE CRUDOS PESADOS*

DE GRADO evia. a la ,obtencin del Ttulo de GENIERO MECANICOPresentado por:

IS

Eddy &ampaa DvilaGuayaquil - Ecuador 1991

A G R A D E C I M I E N T O

A l

Inq. Eduardo de

RivadeneiraTesis. por para

P su

Director ayudaY

colaboracih de este

la

realizacirh

trabajo.

A do

la

gentileza

del

Ing

Ricar-

Gallegos. Decano de lade

FaTieper-

cultadrra,

Ciencias

de

la

por

la

colaboracinen

severante

la

realizacih

de este trabajo.

DEDICATORIh

Con todo cario a mis Padres: Sr. Sra. V c t o r Camr3aa A m o r e s Judith o

Dvilan

Vallejo

Quienes c

abneqacibn Y de-

snter& h a h e c h o

oosible etaDa.

la

culminacibn

de

esta

1 NG . ! D I R E C T O R \ $E T E S I S D E INGENIERI MECAN 1 CA

ING. MARIO

PATIKO

A.

b---QING. FRANCI S C 0 A N D R A D E MI EIIBRO DEL TA I BUNAL

M 1 EIYBRO DEL 3-R 1!3Ui\1AL

DECLARACION

E%PRESA

L a resoonsabilidad p o r l o s h e c h o s . i d e a s doctrinas. exouestos rresoonden en esta Tesis.Y

Y

m e co-

exclusivamente:

.

el

oatrimonio

intelectual de la misma. a la ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

IReqlamento d e nales de

ExAmenes y

Ttulos

Profesio-

la ESPOL)

EDDY CFIMPAF;A DA;/ 1 LI?

Este

material de

oresenta

los

fundamentos de

bAsicos

Y e l

d e s a de Eom-

rrollobeo

alqunas T c n i c a s

AnAlisis d e

Sistemas

MecAnico.

Se

inicia

con

la

descriocibn d e sus

los

Sistemas c o n t i e n e

de

Bombeo

lie-

tnico a n a l i z a n d o

comoonentes andlisis d e l

aaemds a5iY

l o s ar-

qumerttos maternAticos d e exolicaciones d e ciones m

s i s t e m a . camoo

como las

mirl tioles oroblemas d e

5~1s soiu-

El

uso

del

dinammetro buen de

se

considera del

indisoensabie y-a aue.

Dara eiios e x -

controlcesivos

del

mantenimiento extraccin se

eauioo oor

costos

deben

o a e n e r a l f a -

llasCon se

mecAnicas.

una

buena

interoretacic5n

de

las

cartas

dinamom&tricac a fin de co~rt

ouede

e.fectuar l a s bombeo mds

correcciones e f i c i e n t eY Y

necesarias

seguir u n con

econtmico. S e

f i n a i i z a con y sis

tPcnicas d e

diseo de

e,valuacicjn d e o

instalaciones. l o s e a u i o o s

el

objetivo

final

ootimizar

mejorar

t e m a s b a j o b o m b e o mecAnico.

L a

proaramacin Y e

jecucibn. diseoY

incluyen

todas

ias e l

normas r e a

Y

mtodos de

anAlisis.

diaansticos e n

d e

b o m b e o mecanice.

PAG.

RESUHEN .............................................INDICE GENERAL

VI

VII. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

INDICE

DE FIGURAS

INDICE DE TARLhS INTRODUCCION

................................. .-XV 1

................................... ..xq.II 1

C0P

1 TUL0

1

EOUIPOS

DE SUPERFICIE

1.1. Consideraciones Generales . . . . . . . . . . . . . . . ..lg 1.2. Sistema de Bombeo Mecdnico . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.1. Descriocih de elementos de unSistemade Bombeo Mecnico . . . . . . . . .

20

1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.1.31.2.1.4

Unidades de Romheo Motor

............... 20

............................DOZO . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 22 22

Cabezal del Cabillas

.........................

1.2.1.5 1.2.l.h t-2.1.71.2.1.8

Tubera de Prod\lcciW Bomba de Subsuelo

............ 23

................

23 23 24

Ancla de Tubera ................. fincla de Gas .....................

VJIT

PAG.

1.3.

Unidades de Bombeo MecAnico . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1 -3.1. IInidades d e Rombeo Mecdnico R P I -.-.. 28

1.3.1.1 1 -3.1.2 1 -3.1.3

U n i d a d e s C o n v e n c i o n a l e s . . . . 28 Unidades Mark. II . . . . . . . . . . . 30 U n i d a d e s B a l a n c e a d a s . . . . . . . 32 oor a i r e

1.3.2. 1.3.3. 1.3.4.

HidrAulicas Rotativa Otra5

...I.................... 32

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3437

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.5.

Designacines d e l a s u n i d a d e s d e bombeo . . . . . . ..-.........._........ 38

CAPITULO

II

EOU 1 POS DE SURSUEL~C1 2.1. Bombas de Subsuelo . . . . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 -1. I 2.1.2. 2.1.3. Funcic!m d e l a Vdlvula V i a j e r a . . . . . . Funcih de la VAlvula Fija . . . . . . . . . Secuencia de Ooeraci.n e n t r e VA1 41.

42 1-2

vulas . . . . ..I.................-..... 4.2 2 . 1. -4 . Clasifi.cacirk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

IX

PAG. 2.1.4.1 2.1.4.2 2 * 1. -4 -7 B o m b a s API d e C a b i l l a s . . . . Bombas API de Tuberia . . . . . Romtra 2.

4548

5.1-S.

. . . . . . . . . . . . . .

50

l.fi.7. 1. Tioorj d e Bomba S.I.S. . . .

51

2 . 1 . . 5.

I?ec: iunaci.hn API ?i S. 1 .S. Dar-a Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51 54 55 56 6467

2.1.5.1 2 -1. .5.2

Designacihn

API

. . . . . . . . . . .

Designacibn S . I . S .

. . . . . . . .

2.2. 2.3.

Ancla de Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sarta de Cabillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1.

Embolada

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1.1

Elongaci6n d e l a S a r t ade Cabillas . . . . . . . . . . . . . . .

68

2.3.1.2

Elongacin de la Sartade Tuberas . . . . . . . . . . . . . . .

69 70

2.3.1.3

Sobreviajes . . . . . . . . . . . . . . . M t o d o s oara c a l c u l a r l a embolada efectiva . . . . . . . . .

2.3.1.4.

7171

._.7ti. 1.4.1 7 7 .:3 . 1 . 4 . 2

Il&todo

Cober-lv

. . . . . . . . . . .

1,letodo Ri.enietsIl&todo LangerY

73

2.3.1.4.3

L amberger . . . . . . . . . . . 7 -3.1.4.4 I*lt.odn API . . . . . . . . . .

77

78

X

2.3.2. Diseo

de

Sarta de de

Cabillas ......... . . . . . . . . . . . . .

80

2.3.3. Rndlisis2.3.4. Cargas en 2.3.4.1

Esfuerzos Barra

8690 91 94

la

Pulida .......... ..............

MPtodo

I"lillsde

2.3.4.2 2 .3.4.3

Mtodo

Slonnoer ........Y

M t o d o d e Langer Lamberaer

. . . . . . . . . . . . . . . . .

94

2.3.4.4

Mtodo

API ................

95

2.4. CAlculo de Equino de Sunerficie . . . . . . . . . . . 96 2.4.1 2.4.2 Contrabalance Potencia 2.4.2.1 2.4.2.2 2.4.3 del ......................motor . . . . . . . . . . . . . . . .

97

.lOl

P0tenci.a P r o m e d i o Potencia Mxima

. . . . . . . . . 102

. . . . . . . . . .

.102

Ranoo de Unidades API

............ ..lO 3

CRP 1 TUL0

III

DI NRMOMETROS Y 01 NAGR/VWIS 3.1. Clases de Dinambmetros . . . . . . . . . . . . . . . . . ...107 3.2. Interpretacibn de Cartas Dinamom&tricas . . AO9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..llT

3.3. Carta DinaqrAfica

3.3.1 3.3.2

Ciclo de Bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . ...114Caroas en una Carta

Dinaorfica

.

...117

XI

PAG. 3.4. .I ., . s . 3.6. E f e c t o d e Contrabalanre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l-113 1.18

P o t e n c i a Pr> l a B a r - r - a P u l i d a

Torque en la Caja de Engranaje

119120

3.6.1.3.6.2

Il&todo d e l Mtodo de motor

Factor la

de

Toroue . . . . . . . . del

Corriente

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127 127

3.7. 3.8.

Factores que influyen en una carta C a r t a DinagrAfica d e P r o b l e m a s T picos 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.4 3.8.5 3.8.6 3.8.7 3.8.8 3.8.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bombeo Normal Bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

129129 130

Desasentada

Bomba Bloqueada por gas Cabillas sueltas o

130131

Partidas

Golpe de Fluido

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

131 132 132 132 133

Compresin de Gas Bomba Arenada Fuga d e la

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viajera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . final

Vlvula

VA1vula Fi.ia D a a d a del Pisttrn a l

3.R.10 G o l p e

del ascenso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8.3.1 B o m b a d e D o b l e E t a p a 3.8.12 P o z o A g i t a d o 3.8.13 P o z o Fluyendo . . . . . . . . . . . . . . .

134

134 135 135

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XIIPAG.

WiPITULO I

V

D 1 SEO DE BOMBEO MECF\N 1 CO 4.1. 4.2. 4.3. Metodo M a r s h . M&todo Coberlv y osociados . . . . . . . . .

151

API

Mtodo de

1.t~ ....................... 176 B o m b e o L.ufkin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203RP

C O N C L U S I O N E S Y RECOMENDKIONES

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

222 225

SIMBOLOGIAREFERENCInS

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

230

INDICE

DE

FIGUROS

No.

PAG.

1.1. 1.2.

Sistema de Bombeo Mecnico . . . . . . . . . . . . . . . . Unidad de Bombeo de Contrabalance

. 21

en

las

Manivelas 1.3.

................................. en el

29

Unidad de Bombeo de Contrabalance

Balancn 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. Unidad Unidad

................................... ................. por Aire ......

2931 '3'335

de Bombeo Unitoroue de Bombeo balanceadfa de B o m b e o

U n i d a d Hi.drulica

. . . . . . . . . . . . . . . .

Sistema

de

bombeo

rotativo

................. v&lvulas . -

56 /1-J49

Secuencia de ooeracicfr-1 Rombas d e s u b s u e l o

entre las

c o n nomentatura NI

. . . . .

Bombas Ancla Ancla

Shell de de qas oas

Interim "Tipo

Stabdard

............. 52

Copas"

.................. 58 5960

"Poorman" ...................... T i p o emoacadura . . . . . . . . . . . . .

Flncla de gas Ancla Ancla de de

gas "Tipo

natural"

................. . . . . . . . . . . . .

6162

qas "Tipo mu1 ticopas delfactor de

Obtencibn

maonificiencia

..... 75

Obtencir5n d e l

dnqulo d e f a s e de cabillas

. . . . . . . . . . . . . . .

76

S a r t a telescbpica

.............. 03 .......... 87 ........... 89

Diagrama Obtencibn

d e G o o d m a n Dar-a cabillas de esfuerzos

"ejemplo"

XIV

No

PFIG.

2.14. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

F a c t o r d e aceleracih Carta

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

92

DinaarAfica i d e a l

.................. ..llO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..112

C i c l o d e b o m b e o tpico

C i c l o d e b o m b e o mecAnico . . . . . . . . . . . . . . . . . ..115 Anlisis torsional (Mtodo API) . . . . . . . . . . . 122

Unidad de bombeo convencional 3.5. hAlisis T o r s i o n a l (MPtodo API)

U n i d a d d e b o m b e o halanceada p o r aire 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11.

.................................. ..12 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..13 6 . . . ..13 7

Bomba Desasentada

Despu&s d e a s e n t a r Y e s p a c i a r l a b o m b a B o m b a blooueada p o r oas Despues d e instalar

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1% de qas . . . . . . . . . . . 139 . . . . . . . 140

ancla

C a r t a DiwaorAfica Cabil l a s Suel t a s C a r t a Dinaat-f ica Fluido Mas t r-ando oo 1 de de

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 1 . . . . . .

3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16.

C a r t a DinaqrAfica Compresir5n d e G a s

142

C a r t a DinaorAf ica M o s t r a n d o B o m b a A r e n a d a .' . 143 Fuqa d e Vdlvula v i a j e r a / Pistch . . . . . . . . . . . daada carrera

14 *

C a r t a DinaqrAf ica VAlvula f i j a Golpe de Bomba ascendente Al final de la

. . . . 145

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

146

3.17. 3.18. 3.19.

Bomba de doble etapa

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

P o z o d e B o m b e o FloitacicSn

P o z o Fluver>do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 9

xvNo PFIG.

4.1.

Seleccin

de

la

Unidad

C~F

Bombeo

Y

lonaitctd

de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

153

4.2.

DeterminaciCln

de velocidades

sincrrhicas

y165

hsincrbnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.

Cartas

DinaqrAficas

de

Suoerficie

Y

de

fondo

(ParAmetros con nomenclatura API) . . . . . . . . . .

170

4.4.

Clbtencic5n d e l

factor

de

carrera

del

PistckEJ2

SP/S . . . . ..I.................................

4.5.

ObtenciCln

del

factor

de

carqa mdxima

en

el

vdstaqo Dulido Fl/SKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..l95 4.6. Obtencih delfactor de carga mnima en el

vAstaqo pulido FZ/SKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 2 4.7. 4.8.Factor de tot-que mximo Obtencin ZT/S Kr . . . . . . . . . . . . . l97 en el

del

f a c t o r d e potencia (FJ/SKR)

v6stago 4.9.

pulido

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

T a f a c t o r d e a j u s t e d e torque mAximo p a r a

valores de blRF/SKR diferentes a 0.3 . . . . . . . . 4.10.Correccicrrl del rango de carga . . . . . . . . . . . . . .

199202

No

1 ND 1 CE

DE

TABLAS

PAG.

2-1 2-2

EsDecificaciones tpicas d e C o n t r a b a l a n c e . . Esoecif i caciones d e d i s e o mara U n i d a d e s

100

&PI 4-1

........................................oara l a

105

Especificaciones

Unidad

de

Bombeo

halanceada en las Hanivela . . . . . . . ..-...... 4-2 4-3Datos de Contrabalance en las

154 150

Manivelas Unidad de

.

.

.

.

Esnecificaciones

oara

la

Bombeo

balanceada oor la Vioa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4 Datos de diseso oara unidades API . . . . . . . . . .Datos de Tubera de Produccin Datos de Pistones . . . . . . . . . . . . .

162 164. 166 167 169

4-5 4-6 4-7 4-8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Datos

de

Varillas

.......................... Telescbpicade

Datos p a r a D i s e o d e S a r t a

varilla5 4-9

...................................

170

Lmites de tolerancia recomendado para

rillas de bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10 4-11 4-12 Datos de varillas de bombeo . . . . . . . . . . . . . . . .Datos de tltbera de oroduccick . . . . . . . . . . . . .

174 105 190

Datos

de

Clarqa

del

fluido

y

constante del

de

la

bomba con resoecto al (Metodo L-c1fkj.n)

diAmetro

pistfin

. . -. . . . . . -. . . . . . . . . -. . . . . . . .

211 212

4-13

Datos

de

varillas

y

bombas

(M&todo

Lcrfkin)..

XVI Y

4-14 4-15

S p F a c t o r d e d e s p l a z a m i e n t o d e l nistbn . . . . . F F a c t o r d e m4xima c a r q a e n l a b a r r a 1 qulida (Lufkin) . . . . . . . . . . . . ..-............. F a c t o r d e c a r q a m i n i m a e n l a bar-r-a 2 oulida (Lufkin) ,.....,.........,**.......,

214

215

4-16

F

216 217

4-17 4-18

T M A X F a c t o r d e t o r q u e mAximo . . . ..-........ % de Factor de ajuste de torque para valores Wrf/Skr = 0.3 . . . . . . . . . . . . . . . . ..-......

218 220

4-19

Indice de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

INTRODUCCION

L o s DOZOS d e pbtroleo.

oueden ser clasificados

de acuerdo

a l mPtodo c o n o u e e l l o s s o n c a p a c e s d e o r o d u c i r . C u a n d o l a oresi& d e l y a c i m i e n t o v a d a c o m o oara l l e v a r e l f ludoes a l suficientemente a suoerficie. n o 5 eleha-

l l a m o s e n oresencia d e u n oozo f l u y e n t e .T e r m i n a n d o d i c h o p e r o d o . ei Yacimiento se encontrarA e nP O Z O

condicioneas producirlo. suDerf icie

de oroducir oor l o s al fondo

intermitentemente un transmitir

0

bl 6

Que e5 n e c e s a r i o d e l00~0.

desde

la

la eneraia

n e c e s a r i a Dar-aoor m e -

el levantamientodios artificiales. a

del fluido.uno de los

Esto. secuaies .

consioue

e s e l b o m b e o mecatransmite a un motor

nico o u e .

travfks d e su bsue 1 o .

l a

sarta de

varillas

la bomba de

la eneraia

genarada o o r

elhctrico o d e c o m b u s t i n i n t e r n a . El levantamientoartificial oor el sistema d e b o m b e o meen el camoo

canica e s r e c o n o c i d o de la

c o m o e l m6s i m o o r t a n t e el 80 al

p r o d u c c i n d e o&troleo o u e s .~020s

85 Dar c i e n artificia-

to de los

que son

producidos oor unidades de

medios

les en el mundo. utilizando Estereconocimiento l a

bombeo mecnico.

se debe a las facilidades acrese efectira e l diseo

1 levav

consiao

operacibn. s i

correcto

el m a n t e n i m i e n t o a p r o o i a d o d e l a instalacibn.

C A P I T U L O

1

EQUIPOS DE SUPERFICIE

1.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Los de

mltodos y normas para

disear o

medir

el

rendimiento

un

sistema de bombeo mecAnico postulados en

con sarta de

cabillas

se

hallancas para y

el

r e p o r t e d e r e c o m e n d a c i o n e s orcti-

eldiseo

d e sitemas d e b o m b e o mechnico (API.RPllL) referidos

el

b o l e t n llL3,

a

crudos de

livianosrendimiento

Y

unidades

convencionales, CI)

los

indicadores de

son:

Caracteristicas la

la

sarta de

cabillas

B) V i b r a c i n d e

sarta de

cabillas oimensionales.

C).

Andlisis

de parAmetros

Existe las

otros

reporte

para

indicar el Bu11 llL4 seleccionarY

comportamiento de

instalaciones

como son:

Bu11 llL2, el oriunidades de bombeo

mero contiene tablas para

convencional, c u r v a s d e t o r q u e y d i s e o s d e s a r t a s d e cabi llas, elsegundo contiene 1.100

cartas

dinagr6ficas

en fun

cibn de los parmetros abimensionales FO/SKr y IV/IVOT objetivosdel pozo y son predecir

cuyos

la

forma

de

la

carta

dinagrfica

el

comportamiento de

la

instalacih.

(7.11) 1.2 SISTEMFI DE BOMBEO MECCINICO

Dos equipos conforman bSsicamentebeo

una instalacin

de bom-

mecdnico estos son:DE SUPERFICIE

'

EWIPOS

* i - Unidad de bombeo $i ;,I - Motor

- Cabezal del pozo&, ECIUIPOS D E S U B - S U E L O

). - Cabillas- Tuberas de

Sub-suelo

.: - Bombas de Sub-suelo ir' - Ancla de gas

$ Clmbos equipos conforme un sistema de bombeo mecnico. cuya ,? ;. % funcion e s t r a n s p o r t a r los f l u i d o s d e s d e el f o n d o del DOZO hasta lasuperficie

(

ver

figura

l-1

).

x:1.2.1 DESCRIPCION MECC\NICO DE ELEMENTOS DE UN SISTEMCS DE BOMBEO

1.2.1.1 UNIDADES DE BOMBEO

Es una maquina articulada

e integrada, ladel motor en

cual

convierte

el movimiento angular del eje

reciprocante,

F I G U R A 1 - I

SISTEhhA DE

BOMBEO MECANICX)

UN IDAD EJE BOMBEO /

I LLAS

JWCLA DE GAS

72c o m o u n a aoroximaci(h d e l m o v i m i e n t o armchico s i m p l e .

D-

r a loqrar e l l e v a n t a m i e n t o d e l o s f l u i d o s d e l p o z o p o r m e dio de la sarta de cabillala bomba de subsuelo.

Y

1.2.1.2 MOTOR PRIMARIO

Es la fuente de potencia para la ser a gas, tipo es de combustih i n t e r n a

unidad de bombeo, o elPctrico. e s t e

puede ltimo

e l mAs u t i l i z a d o .

1.2.1.3 CABEZAL DEL POZO

Estd c o n s t i t u i d o p o r u n a s e r i e d e d i s p o s i t i v o s

y vAlvula5

l a s q u e p e r m i t e n e l Das.0 d e l fludos d e l p o z o a l a t u b e r i a o lnea de flujo,conjuntamente con el prensa estopa permi

te el paso de la barra pulida en el ciclo de bombeo.

1.2.1.4 CABILLAS

Es el elemento de transferencia de movimiento retiprocante desde la unidad de bombeo a la bomba de subsuelo.

27

1.2.1.5 TUBERIA DE PRODUCCION

Es el medio de transporte de los fluidos producidos por el pozo, ta desde la profundidad de asentamiento de la bomba has tambin sirve de gua a la sarta de ca-

la superficie,

billas.

1.2.1.6.BOMBA DE SUBSUELO

Es un dispositivo que desplaza fluido en un solo f u n c i o n a p o r d i f e r e n i c a s d e presion asientos co al por medioY

sentido y de bolasY

(v+lvulas) p a r a p e r m i t i r d e l p a s o

sello hermti

fluido en los ciclos de bombeo.

1.2.1.7.ANCLA DE TUBERIA

Es una empacadura especial que

sirve para anclar

0

fijar an

la tubera de produccion al revestidor, cla e s r e d u c i r l a elongacion yen el ciclo de bombeo.

el

objetico d e l de la

contraccion

tubera

Las ventajas del

uso de las anclas de tubera

son

las si-

guientes: Pt.- L a s c a r g a smximas en el vastago pulido son menores.

pues se evita el pandeo de la tubera de produccion.

B.- M a y o r l o n g i t u d d e l a c a r r e r a e f e c t i v a d e l oistn lo tanto se logra mayor produccich. C.- S e e v i t a e l desqaste d e l a t u b e r a do por el roce entre ellas.Y Y

Y

oor

varillas produci-

especialmente en las uniones

por su roce con la tubera de revestimiento.

L a s d e s v e n t a j a s s e e x p o n e n a continuaci6n: A.- S e u s a m6s e o u i p o d e n t r o d e l p o z o c o n r i e s g o d e p e s c a s por falla de esta herramienta B.- A u m e n t a l o s p r o b l e m a s d e b i d o ciones. a corrosih 0 incrusta-

1.2.1.8QNCLA D E

G6S

Es un tubo perforado en

la parte superior,

ubicado en la

parte inferior de la bomba por debajo de

la zapata de and e l gas e VO

claje.

Su

funcich p r i n c i p a l

es

l a

separacibn

xistente en el crudo para aumentar trica d e l a b o m b a d e s u b s u e l o .

la eficiencia

1 um-

1.3.LA UNIDAD DE BOMBEO

La unidad de bombeo cambia el movimiento rotatorio del motor ctrimario a movimiento recproco en

las varillas del

bombeo,

reduciendo a la vez,

l a v e l o c i d a d d e l m o t o r Drima-

r i o a u n a v e l o c i d a d d e b o m b e o d e s e a d a . obtenihdose l a s s i guientes ventajas:

l.- L a

mejor

adaptacin

a

varios

tipos,

condiciones

Y

cali

d a d d e petrbleo. 2.- S o n a p t a s p a r a p r o d u c i r c a s i c u a l q u i e r trbleo. 3.- A p r o x i m a d a m e n t e u n 90 a 9 5 % d e l a e n e r g a a u e s e a p l i c a a l e j e d e l b a l a n c n s e c o n v i e r t e e n m o v i m i e n t o irtil a s cendenteY

v o l i r m e n d e De-

descendente. subsuelo ouede ser colocada a diferente

4.- L a b o m b a d e

p r o f u n d i d a d o D u e d e c a m b i a r s e d e t a m a o segln l a c a p a c i d a d d e produccih d e l p o z o . 5.- S e D u e d e u t i l i z a r e n c o n d i c i o n e s m u y v a r i a b l e s d e Droduccibn porpue es e l

sistema de bombeo

m6s f l e x i b l e .

Ya

.que s e p u e d e e f e c t u a r fAcilmente: A.- L a variacibn d e l a mdauina. B.- L a variacibn d e l a recproco longitud de carrera del movimiento unidad c o n resDeto a l o s R P M d e l a

C.- L a u n i d a d p u e d e s e r d e t e n i d a e n cualauier posicih p o rmedio del uso de un freno y embrague.

L a u n i d a d d e b o m b e o d e t i p o c o n v e n c i o n a l s e c o m p o n e prooia mente de una estructura de soporte. del balancn, las, 1 a ciguea, las bie-

el engranaje redutor y de otro eauipo refreno. etc.

lacionado como el encargado de varillas,

El eje reductor de velocidades hace rotar m e d i o d e l o s DaSadOre q u e e s t e c o n t i e n e , terales de las bielas 5 e aseguran a ella.

la ciguea. oor los miembros laEl extremo de

las bielas que esta asegurada a la ciguea tiene movimiento rotatorio.mientras que el otro extremo que esta aseguproporcionando

rado al balancn acta en forma recproca, l a f u e r z a oara o p e r a r l o .

El balancn descansa sobre un poste maestro, el cual

cojinete central encima del punto central de giro

suministra el

del balancn.

En el

extremo del balancn

opuesto

a los y el0

brazos de biela,

se e n c u e n t r a n l a

cabeza de caballo barra que a

colgador de

cable de alambre. Laen

portavarillas su vez

grampa se coloca en el colqador vdstago pulido.

Dende e l

D e l vastago p u l i d o s e s u s p e n d e l a l t i m a v a r i l l a d e l a sarta. Estas unidades con contrapesos

laterales, se encuen-

t r a n d i s p o n i b l e s d e s d e e l t a m a o C-25D-53-24 a l C-912D-356 -168. Otra unidad convencional

es aquella

que tiene

los

contrapesos en un extremo de balancn y se las Duede adqui

rir en tamaos desde:

B-6D-21-24 a

l

B-57D-109-48.

Un componente fundamental dentro de la unidad de bombeo es

el reductor de velocidad,

e l c u a l oor m e d i o d e l a transmiel motor primario.a fin

sion p o r b a n b a e n V . s e c o n e c t a

de hacer trabajar la

unidad al

reductor de

velocidad,

se

lo designa a veces como caja de engranajes o cajas de cambios,los

engranajes de

ESPINA DE PESCADO

del

reductor

d e l a s v e l o c i d a d e s s o n .fresados c o n pequen as,

tolerancias

sumamente

por lo que se hace necesario operarlos de acuer-

d o a e s t a consideracion.

El reductor de

velocidad es el

tipo

de

reduccion

doble. re-

aunque tambin se usan reductores

de simple y

triple

duccih.

L a funcion e s r e d u c i r l a

velocidad del motor pri-

mario a un valor menor que sea apropiado para operar la unidad, l o g r a n d o a l a v e z u n a v e n t a j a mecdnica c o r r e p o n d i e n aue se refiere a la fuerza motriz.

te en lo

Es posible reducir la velocidad sobre o bajo el cambio pro porcionado por

l a razon d e e n g r a n a j e s , s e l e c c i o n a n d o l a s

poleas para las bandas en V del motor y del eje motriz de la caja de engranajes.

L a lubricacion s e p u e d e e f e c t u a r c o n a c e i t e m i n e r a l

de gra-

d o 9 0 S&E o e n s u d e f e c t o a c e i t e d e m o t o r g r a d o S A E 4 0 o 5 0

D e a c u e r d o a l a m a n e r a o f o r m a d e operacion pueden clasificarse:

estas unidades

- U n i d a d e s CIPI

- Hidrdulicas - Rotativas- Otras (Winches. neumAticos

1.3.1. UNIDADES DE BOMBEO MECANICO API

Son las unidades que se adaptan a en sus diseos.

l a s e s p e c i f i c a c i o n e s API

t i e n e s c o s t o s d e operacibn y m a n t e n i m i e n t o se adaptan con facilidad e n e l m u n d o d e l petrbleo

relativamente

bajos.

a l a s condison

.ciones d e l o s p o z o s . utilizadas.

l a s m65

Se pueden clasificar

en:

- Convencional - M a r k I I o Unitorque- Balanceadas por aire

1.3.1.1 UNIDADES CONVENCIONALES

S o n l a 5 mds econbmicas, p r e s e n t a

un sistema

d e operacibn

sencillo y el mantenimiento es mnimo.

L a operacibn d e e s t a

u n i d a d c o n s i s t e e n c o n v e r t i r e l movi-

F i g . l . 2 U N I D A D D E ROMBEO D E CONTRRBALANCE E N L A S M A N I V E L A S(Ref .7)

F i g . 1 . 2 UNIDFID D E EOMBEO D E CONTRABALANCE E N E L BALhNCIN(Ref .7)

30 miento traves rotatoriode un de eje

del

motor

en

recoroco

vertical.

a

sistema

integrado por correas,

poleas y caja articulado

de engranajes en comunicacin con otro sistema formado para te. por

lasen

conexiones labarra

manivela-biela. el

biela-balancnreciprocan-

reflejar

pulida

movimiento

Estas

unidades

Dueden s e r b a l a n c e a d a s p o r m a n i v e l a sY

0

pe-

sas en el balancn

en casos ocasionales

una

combinacibn

de ambos contrapesos.

Las

cajasl

de engranajes tienen rango entre 25000 y con capacidad de carga desde 5300 a

91200

LBS-PULG.

36500 LBS

y emboladas desde 30

a

168 pulgadas. (vea

fig.

1-2

Y

l-3).

1.3.1.2 UNIDADES MARK

II

Es una unidad convencional q u e mds u n i f o r m e nal e nY

modificada

para

lograr

u n

tor-

de esta manera

reducir la carga torsiolade

la

caja

de engranajes,

tiene

ventaja

de

soportar

mayores cargas que otras unidades desventajas son

igual

dimensibn, utiliza

las

los

c o s t o s d e fabricacih y (vea la figura l-4)

contra

balance muy pesado.

71

FIGURA _-..- -- 'j-:,,&

U N I D A D D E BOMBE UWI-ORQUECOJINE T E D E L >OSTE M A E S T R O V I G A VIA J E R A COJINETE DEL

BRAZO

P R O T E C T O R FRE*Fo

Tine

r a n g o d e ooeracin

siguiente: CARGA EMBOLA 2 1 6 PULG. 6 4 PULG.

TORQUE

MFIXIMO MINIMO

1280000

LBS rc PULG.

42700 L B S . 14300 L B S .

1 1 4 0 0 0 LBSr PULG.

1 . 2 . 1 . 3 U N I D A D BALANCEFIDfi P O R

CIIRE

Para

contrabalancear comprimido? no

estas unidades, se contrapesas en

usa

cilindro

de tie-

aire

lleva

la y

manivela.

ne como ventajas

el

hecho de ser por trabajar

portAti baja

manejar mejor

losbeo y de

crudos

pesados

con

velocidad

de

bom-

enboladas

largas, como altosreferente

desven t a j a s p r e s e n t a cos t o s

mantenimiento

al

cilindro

de

aire?

pis-

tan.

compresor y controles neumticos.

(vea fio. l-5)

Su rango de operacin es TORQUE MQX

el

siguiente: CARGA EMBOLA LBS. LBS. 64 PULG. 300 PULG.

IMO

114000 LBS.,PULG.3 6 4 8 0 0 0 LBS.&PULG.

17300 47000

MINIMO

1.3.2. HIDRAULICAS

,

Presenta

geometra

diferente

a

las

unidades

API,

la bomba

UNIDAD DE BOMBEO ESALANCEADA c~~;NE-I-E it,tzL POI? AIRE CQMPENSADt'RV I G A Hth JERA\

F

IG?iRA

1-5

_

\

GUAYA D E L

FR E NO

hidrdulica trasmite pulida.

sustituye pormedio de

la

caja a

de

engranajes

la

energa

se

fluidos

los

elevadores

de

la

barra

Estas

unidades

se

contrabalancean

con

torque p r e s u r i z a d o

con fluido

generalmente

gas.

Adems ouede

cambiarcon

la

velo

cidaden

de bombeo de manera

satisfactoria

la

embolada.

varios arreglos.

a travos del oanel de control.

Literalmente oermite

el decenso de las cabillas por su pro y comoensal-6)

pi0 peso. en forma lenta nera rapida. (vea la

con

el

ascenso de ma-

figura

1.3.3 ROTATIVAS

Esta unidad se compone

de un rotor

y

estator

en

el

fondo

del

POZO.

en

la suoerficie

lleva un motor electrice

y ca-

bezal

rotatorio.

(vea figura l-7)

El

crudo

es

desplazado del

en

forma

continua

hastades

la

superfifor-

cie, por medio

rotor

que

gira

dentro

estator

mando de esta manera cavidades progresivas ascendentes, u-

tilizando el principio del tornillo.

FIGURA

j-6

UNIDAD HIDRAULJCA D E

WMfiBEO

DE BARRA P U L I DCONECTOR

.

S I S T E M A D E B O M B E O RoTATI\/ (BOMBA DE TORNILLO )- M O T O R ELECTRIb

F

1

GU

RA

j-7

PREKSA E S T O P A S

TUBERIA

D E

PRODUCQa

S A R T A D E CAGILLAS

- -

E S T A T O R

1.3.4.OTRAS

E x i s t e n o t r a s u n i d a d e s esoeciales e n d i s e o . c o m o :cI.- A l p h a 1 B.- Neumdticas C.- Gemelas

En esta seccin nos referimos a las ferente a sus caractersticas

dos primera. en lo re-

mas r e s a l t a n t e s .

h.- U n i d a d A l p h a 1

E s u n tioo d e u n i d a d oue m i e n t o u n Winche

utiliza como

metodo e l

levanta1 leva

o malacate en forma de serpentn.

e l p r e n s a e s t o p a v i a j e r o que s e m u e v e e n u n c i l i n d r o p u l i do en su

interior

ademas se contrabalancea

por medio de

pesas colocadas en uno de los extremos de tiliza e l m a l a c a t e :al lado

1 a guaya oue CI-

estas

pesas van

ubicadas en un pozo

del

DOZO

reductor.Y

Su rango de velocidad de bombeo

es de 2 a 4 SPII.

l a e m b o l a d a v a d e s d e 3 4 a SO p i e s .Y

Como desventaja presenta fallas en las guayas muy corta.

v i d a ltil

B.- Unidad Neumdtica

Funciona cid estA positivo jogas

de manera semejante a

lasde

hidraulicas, bomba de un

la

diferen

en la sustitucihpor un compresor aire. En

la

desplazamientofluido de traba-

y

utilizandode

gas

natural

0

caso

existir estapara

una presin de

suficiente,

se p u e d e

utilizar

su5tituir

al

motor y compresor.

Estado

unidad laespozo

tambien de

ouede flujo. de

utilizarse

para

desplazarde esta

lquiinsta-

por

lnea

Otra aplicacibnaprovechar

lacihen un

la

oosibilidad

la

presion

del

gas

p a r a l e v a n t a r l a c a r g a e n c a d a e m b o l a y despues durante

dirigirlo a la lnea de gas principalde

el

descenso

la embolada.

Bdsicamenteficado.

esta

unidad

es

un

balancn

convencional

modi-

1.3.5. DESIGNACION

DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

A

fin

de

designar

las

unidades de bombeo se debe seguir

el

siguiente orden : A.- T i p o d e

la

unidad de bombeo

=n .J . .

cl = Llnidad

neumAtica

B = Unidad de

contrabalance

en

el

balancn manivelas el balancnY

C = Unidad de contrabalance en lasCB= Unidad de contrabalance en

en

la5

manivelas.M =

Unidad

Mark

II

unitoraue

B.- Toraue Mdximo en miles C.- Especificacir5n d e l

de

Pulgs-Lbs.

reductor

D = R e d u c t o r d e reduccibn d o b l e s = R e d u c t o r d e reduccic5n T = R e d u c t o r d e reduccibn

simple triple

D.- Carga en el vstago pulido en cientos de libra. E.- L o n g i t u d d e l a Aspor carrera en

pulgadas

ejemplo

la

unidad:

C - 228 D - 246 - 74

.Es una unidad de

contrabalance de 228000

en

las

manivelas con

con

un de

tor

que

permisible

Pulg-Lbs.,

reductor

doble lon

reduccibn. qitud

una carga mxima

permisible

de 24600 Lbs. y

de carrera de 74

pulgadas.

Estas siemore

especificaciones chequeadas con de

de

la

unidad datos

de

bombeo, en

deberAn

ser

losno

obtenidos

el

diseo

de

instalacih,

a

fin

sobrepasar

los

valores

mdximos

permitidos por la unidad.

1.4 EL MOTOR PRIMARLQ

L a funcibn d e l m o t o r a l a

p r i m a r i o .es

l a d e a b a s t e c e r enerqa bomba de

instalacih mecAnica, q u e e s t r a m i t a d a a l aY

subsuelo

u s a d a e n e l l e v a n t a m i e n t o d e l fludo.

E l m o t o r s e l e c c i o n a d o Dara u n a d e t e r m i n a d a instalacihn. d e be tener suficiente el fludo d e lDOZO

potencia

de

salida

a los

fin

de

levantar utili(a qas

a una rata deseada.

motores

z a d o s e n b o m b e o m e c n i c o s o n d e combustih i n t e r n a 0 gasolina) 0 el&ctricos.

L a s v e n t a j a s o d e s v e n t a j a s e n e l u s o d e c a d a t i o o d e estos motores no se Duede efectuar si no considera antes, los

factores relacionados con abastecimientos y Y de los de ener-ga elbctrica.

costos de gas

Segn el tipo de base. fin

el

motor

se

monta

en

rieles

con

el que la

d e lograr e l a j u s t e c o r r e c t o d e l a s d e transmisibn a l reductor de

correas en V. tanto

sirven

velocidades,

polea del motor neadas.

c o m o l a d e l r e d u c t o r d e b e n e n c o n t r a r s e ali

C A P I T U L O

II

EQUIPOS DE SUBSUELO

(4.7.11.12)2 . 1 BOMBCIS D E S U B S U E L O

E s u n d i s p o s i t i v o oue p e r m i t e e n v i a r e l c r u d o d e s d e e l f o n do

del

POZO

hasta la

suoerficie y l u e g o a l amovimiento

estacibn r e -

colector-a.

es accionada por el

reciprocante de

la unidad de bombeo D balancn.

Los elementos

aue constituyen una bomba de subsuelo son:

A) B a r r i l

oY

Camisa

es u n c i l i n d r o cuya s u p e r f i c i e

in t e r n a

es oulida

es d e l o n g i t u d v a r i a b l e .un cilindro pegueo d e

B) Piston e s

s u p e r f i c i e e x t e r n a e5

pulida el cual se mueve dentro de la camisa.

C) VAlvula v i a j e r a e s u n d i s p o s i t i v o f o r m a d o o o r u n a e s f e ra de acero funcion e s cenden te.Y

su asiento.

colocado dentro del

piston. c u y a

hacer sello

hermetico. d u r a n t e

la embolada as-

D) V l v u l a f i j a e s u n d i s p o s i t i v o i g u a l a l a v l v u l ajera, oero

via-

va colocado en el fondo

de la bomba.

Su fun-

cin es hacer sello

hermtico en la embolada descendente.un anillo de bronce.

En su parte externa lleva

1. EI Z a p a t a e s u n nisle que t i e n e e n s u p a r t e i n t e r n a u n c o no ja,

Y a l o j a e l a n i l l o d e b r o n c e o friccion d e l a v l v u l a f i permitiendo el sello hermtico.

2.1.1.

FUNCION DE LA VRLVULA VIAJERA

L a funcion p r i n c i p a l

de la vlvula viajera es

permitir laY

e n t r a d a d e f l u j o h a c i a e l piston e n s u d e s c e n s o

luego ha

cer un sello hermtico en su carrera ascendente y que el crudo salga

oermitir

a l a suDerficie.

2.1.2. FUNCION DE LA VALVULA FIJA

El

objetivo

de

su

presencia es cuando elD~E.O

dar

paso al

flujo de petrosu carrera astudel

leo hacia la bomba.

pistn inicia

cendente y cerrar el bera-bomba, pi5 tan

a l flujo d e n t r o d e l s i s t e m a l a c a r r e r a descend e n t e

c u a n d o s e incia

2 . 1 . 3 . SECUENCIFI D E OPERCSCION E N T R E LKi VALVULAS

La bomba opera

de la

siguiente manera! mas bajo y

asumiendo que el empieza a moverse

pistn descansa en su puntoen forma ascendente. te inferior.

Cuando el

oistbn s e d e t i e n e e n l a p a rencierra debido a oue

l a v$alvula

vid jera se

la oresion P

1

se hace igual

a

la

oresin P3

Y

el

Deso d e

l a vllvula h a c e aue s e a s i e n t e c o nrradaY

la vlvula viajera ceoresion P reduce. s e 1 entre presin

moviendose hacia arriba la el momento se hace aue la

Luego en P YP

diferencia de

l o s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e o b l i g a a l a v61elDaS.0 d

1 vula

2

fija

a ceder

los fluidos del

DOZO.

hacia

la camisa de la bomba.

CI m e d i d a aue e l oistn a s c i e n d e DOCO a DOCO.

la camisa se

va llenando

l a razon p o r l a c u a l l a c a m i s a emoieza a l l e -

narse en su movimiento ascendente es debido a la reduccin de

se hacen iguales implicando Y P 2 1 vdlvula f i j a s e c i e r r a d e b i d o a s u prooio p e s o . laoresion P

aue

la

Cuando el pistn comienza a bajar, con la cerrada, se comprime el fluido

vlvula viajeraen la camisa

almacenando

trayendo como consecuencia el aumento de la presin P . En 1 l a f u e r z a e j e r c i d a oor P sobrepesa la el m o m e n t o e n que2.

3 bre Dermitiendo el tan, luego a

fuerza de P

m&s e l

oeso d e l a b o l a .

l a vAlvul.3 v i a j e r a a-

paso d e l fludo d e s d e l a c a m i s a a l pis-

la tubera finalmente el pistn llega al pun-

t o mas b a j o oara i n i c i a r u n n u e v o c i c l o v e a f i g u r a 2 - 1 .

2 . 1 . 4 . CLASIFICACION _TIPO DE BOMBA , BOMBCIS D E V A R I L L A S BARRIL EST. ANCLABARRIL CON PARED GRUESA BARRIL CON CAMISA BARRIL CON PARED DELGAD

JE S U P E R I O RBARRIL EST. ANCLAJE INFERIOR B A R R I L VIFIJERO ANCLFIJE I N F E R I O R

RHA

RI-h

RWPI

RH!3

RLB

RWB

RHT

RLT

RWT

BOMBAS DE TUBER 1 AS

TH

TL

TW

2.1.4.1 BOMBAS

API

DE CABILLAS 0 BOMBAS INSERTABLES (fig. 2 - 2 )

2.1.4.1.1

BARRIL

ESTACIONARIO-6NCLAJE

SUPERIOR

Dentro de esta clasificacin entran RLFI. claje E l fludo es d e s c a r g a d o superior v

las

b o m b a s RHA

RWA

Y an-

inmediatamentearena y otros

sobre

el

evita

aue

la

materialesancla de

segas

acumulen en 1 a bomba.para mejor seoaracir5n

El del

barril gas.

acta

como

En

la

carrera

descendente.

la

vdlvula

de pie soporta

la

co se

lumna de fluido lo oue arajen en bas no

v e c e s c a u s a que

los

barriles

el

cueroo o en

el

irea

roscada.

Este tipo de bom de

deben usarse

en pozos

mds p r o f u n d o s

los

5000

pies.

VENTAJAS l.- B o m b a e x c e l e n t e oara p o z o s c o n p r o b l e m a s d e a r e n a .2.- B o m b a b u e n a oara DOZOS g a s e o s o s . 7 .- E x c e l e n t e p a r a . 4.- L aDOZOS

de bajo

nivel

fluido.permite bom-

vdlvul

viajera

en

lafondo

parte

inferiorDOZO.

b e a r d e s d e mAs c e r c a

del

del

DESVENTAJAS

l.- N o r e c o m e n d a b l e p a r a

pozos

profundos.

2.- P o b r e

WTtDdqLletddLlra

en

oistn. p a r a

escaoes.

3.- MAs costos aue

los

de tipo de

barril

viajero.

2 . 1 . 4 . 1 . 2 B A R R I L E S T A C I O N A R I O - FINCLAJE I N F E R I O R

Corresponde

a

esteinferior La

tipo

las bombas RI-IB, RWB Y RLB. profundidades mayores

El 5000 oue

anclajepies.

evita fallas a pi& el es

vdhula d e viajera y

generalmenteproducido

m6s

grande pa-

la

v6lvula

fluido

tiene

que

sar a travs de esta menor abertura de

vllvulas, pero cualpor

quier volumen de qas

1 iberado

inducidode

ste diferen-

rial no afectar& la oDeracic5n

la bomba.

VENTAJFISl.- P u e d e n s e r u s a d a s e n Dt-ofundos.

~0205

2.- M e n o s a p t a a ruoturas p o r presih q u e o t r o s t i p o s Standars. 3.- B u e n a p a r a~0~05

con

el

nivel

de fluido bajo.

DESVENTAJAS

l.- A r e n a la bomba. 2.-

Y

otras

materias

pueden depositarse

alrededor

de

El

barril

est

sujeto

a

sedimentacich

Y

corrosi6r-t.

2.1.4.1.3

BARRIL VIAJERO - ANCLOJE INFERIOR

Son las bombas de tipo RHT. RWT Y RLT. Este tioo de bombas,

el barril viaja y el embolo permanece

fijo.

el barril es conectado a la varilla de bombeo a traconexi6n Y de una

vgs d e u n a

vblvula v i a j e r a g r a n d e . L asupe-

vAlvu1.a d e pi& s e c o n e c t a

directamente en la parte

rior del mbolo estacionario. un tubo larqo siento.

E l P m b o l o estA s o p o r t a d o p o r

aue est conectado en el fondo del soporte o del fluido en el fondo del barril via-

La accin

jero evita la depositacin de arena en la bomba.

Para

que

el fluido lleque al barril, debe atravesar el larDebido a &sto y a que

go tubo anclado. es pequea y

l a v;ilvula d e pi&

l a r a t a d e compresih r e l a t i v a m e n t e m e n o r . l a

bomba no es recomendable en problemas de qas.

VENTCIJAS l.- L a aqitacih e v i t aba.

la depositacin de arena en la bom-

2.- E l a n c l a j e i n f e r i o r e v i t a l a p o s i b i l i d a d d e f a l l abarri 1 .

del

3. - Buena

para

~0205

i n t e r m i tente5 y a q u e

la bola de la

j a u l a rjuoeriornat-,

se a s i e n t e c u a n d o l a b o m b a d e j a d e f u n c i o -

manteniendo la arena fuera de la bomba.

DESVENTAJ FIS

l.- N o e s r e c o m e n d a b l e e n u n o o z o c o n gas p o r l a reduccioni del i i pasaje de fluido.DOZOS

2.- N o m u y b u e n a e n

profundos ni en

carreras

largas

ciorque e l t u b o o u e s o s t i e n e e l Pmbolo t i e n d e a d o b l a r s e .

2.1.4.2.

BOMBAS TUBURCSLES 0 BOMBAS API DE TUBERICI

D e e s t e t i p o s o n l a s b o m b a s TH? T W Y T L

(fiq. 2 - 2 ) .

Estas bombas dan mayor capacidad de bombeo que las inserta

bles para

l a m i s m a dimensibn d e t u b e r a .

El barril de la

b o m b a y l a vdlvula d e pi& s o n i n s t a l a d a s c o m o p a r t e d e l a tubera.

E l fluido e s Droducido p o r l a t u b e r a y e l gas p o r e l e s p a cio anular de la tubera de revestimiento.

E s t a s b o m b a s s e f a b r i c a n e n u n a seleccion b a s t a n t e de materiales mao5 : Y se hallan disponibles en los

amplia

siguientes ta

,io d e Prod~

Barril de Bomba __.. __--__.

1 I

1.

zlvulo viajera,

Anclo de Gas

TW-TL (d) Fig.2.2

T W E *- Tl,.. Id

BOMBPG D E S U E S U E L O C O N NOMENCLATURf9 CIPI ( R e f . 7 )

TC

1 3/4" 2 1/4" 2 314"3

PARA TUBERIA DE 2

PARA TUBERIA DEPFIRFI TUBERICI D E

2 112"3

3/4"

PARA TUBERIA DE 4

VENTCIJAS

l.- P e r m i t e

la

producci&i d e g r a n d e s v o l m e n e s d e sarta de tubera

f

ludospermi-

ya que el barril es parte de latiendo

el

uso de pistones

grandes. ludos viscosos.

2.- AdaDtables p a r a p r o d u c i r f

DESVENT&J%l.de La tubera bomba. daar tiene

oue

ser

sacada

para

reparar

el

barril

la

2.- Es posible cich.

el

pistrh

al

bajarlo

para

su

instaa-

2.1.4.3.

BOMBAS

SIS

(SHELL

INTERIM

STANDARD)

Son bombas ciencia

diseadas

para Las

crudos

viscosos,

tiene que la

alta

efi-

volumtrica.

caractersticas

diferen-

cian de las bombas API son las siquientes: l.- Las jaulas al de las vdlvulasfijas y

viajera

reducen

la

resistencia

flujo.

2.- playores d i m e n s i o n e s m a y o r Area a l oa50. 3.- Flenor l o n g i t u d este caso ia

de

bolas Y asientos

imol i c a n d o u n

del

pistbn, entre

hasta dos pies.

reduce encamisaY

friccibn

e l pistbn

Y l a

la

i n t e r n a d e l f l u j o a trav&s d e l p i s t n . 4.- C o m o l a zaoata l l e v aun

niple M para anclar la vlvula

f i j a . e s t o i m p l i c a a u n a u m e n t o d e l At-ea d e succif5n d e l abomba.

2 . 1 . 4 . 4 . T I P O S D E N O M B A S SIS

(ver

fiq

2-3)

S R W B : E s s e m e j a n t e a l a R W B d e l a API SRWB - TS: Das.

Igual a la anterior. pero funciona

en dos eta-

Usada en el campo Ta Juana. Bomba tpica para crudos viscosos.

SRWB - OVU:

S T H : E s l a versibn S I C d e l a API tioo T H . STH-V: Es la misma STH. STH - TS:p e r o c o n pistf5n mds c o r t o .

U s a d a e n pozos s o m e t i d o a inyeccibn d e v a p o r .

(11,121 2.1.5. DESIGNACIONES API Y SIS PAR& BOMBAS

2.1.5.1.

DESIGNACIONES API

Las designaciones completas

para bombas de cabillas

y tube

53

L i r a s . incluyen:I c\) T a m a o n o m i n a l d e l a t u b e r a b) Didmetro i n t e r n o c) T i o o d e b o m b a . de

la tubera localizacin

inlcuyendo t i p o d e b a r r i l .

y tioo d e a s e n t a m i e n t o .

DI L o n g i t u d d e l b a r r i 1 .E) L o n g i t u d d e l oistbn. F) L o n g i t u d total de

las extensiones.20 125 RLBC

( cuando se usan )

EjemDlo:

Una

bomba

de

-

7

-

2

-

4

E s t a e s u n a b o m b a c l a s e API t i p o c a b i l l a , a l-114 Dulgadas, que

de

Distn i g u a l

lleva un barril de longitud 7 pies YLa longitud

l a extensickm e s d e c u a t r o (4) p i e s .

del

pis-

t n e s i g u a l a d o s p i e s (24 p u l g a d a s ) , e l

a s e n t a m i e n t o e5

d e t i p o cooa l o c a l i z a d o e n e l

f o n d o d e l a b o m b a y p o r Ulti

m o l a b o m b a v a acoolada a u n a t u b e r a d e 2-3/9 d e p u l g a d a s

Ejemplo:

2-1/2 - S R W B - V T S - 1 2 t-5)

E s t e tipo d e b o m b a e s d e c a b i l l a , c l a s e SIS a c o p l a d a a u n a t u b e r a d e didmetro n o m i n a l i g u a l a 2-1/2 p u l g a d a s , camisa de oared delgada.

lleva

l a b o m b a v a a n c l a d a vajo e l niele

M oist6n c o r t o d o b l e e t a p a ( e s p e c i a l p a r a c r u d o s v i s c o s o s )

l o n g i t u d a d e l a c a m i s a o b a r r i l i g u a l a 1 2 p i e s y e l FIf 0 t o l e r a n c i a e n t r e e l pisttin y l a c a m i s agadas.

e s d e 0 . 0 0 5 &&k.

i

DESIGNACION API

-xxxx-x-x-x

*LONGITUD

TOTAL

DE

EXTENSIONES

*LONGITUD NOMINFIL DEL PISTON EN PIE! LONGITUD DEL BARRIL EN PIES

L!kTIPO DE ASENTAMIENTO: C: TIPO COPhM: TIPO MECANICI cLOCALIZWION DEL ASEI\I'TAMIENTO: A: TOPE DE BOMBA B: FONDO >TIPO DE BARRIL: H: PAREDES GRUESAS L: CfiMISCI INDEPENDIENTE DE BARRIL w: PAREDES s: PAREDES P: PAREDES *TIPO DE BOMBA : R: BOMBAS T: BOMBAS cPISTON DE LA BOMBA 125 150 175 178 200 225 250 275 DELGCIDAS DELGADAS GRUESAS DE DE CABILLAS TUBERIA

l-114" l-1/2" l-314" l-25/32 2" 2-114" 2-1/2" 2-3/4"

-DrAMETRO

DE LA TUBERIA: (DICIMETRO EXTERNO) 15 - 1.9" 20 - 2-318 25 - 2-7/8 30 - 3-112"

Crc ._

DESIGNACION SIS s-TOLERANCIA EN 0.001" :LONGITUD DE LA CAMISA EN PIES *NUMERO DE ETAPAS v= vIscosos. PISTON MUY CORTO o= VALVULAS FIJAS SOBRE MEDIDA *P= NIPLE "P" ENCIMA DE LA TUBERIA E= CUELLO DE EXTENSION EN EL TOPE DEL CILINDRO EN ROMEAS DE TUBERIA.(EN LA PARTE DE ABAJO ES "STANDARD") *TIPO DE ANCLAJE: A: ARRIBA NIPLE "P" L: ABAJO DEL NIPLE "M" P: ABAJO DEL NIPLE "P" - T I P O D E C A M I S A : W: PAREDES DELGADAS H: PAREDES GRUESAS L: CAMISA INDEPENDIENTE DEL BARRIL *TIPO DE BOMRA: R: CABILLAS T: TUBERIA 1-S: SHELL INTERIM SATANDARD -TAMAGO NOMINAL DE LA TUBERIA EN PULGADAS.

(7.5) 2.2. ANCLA DE GAS

E s u n d i s o o s i t i v o oue oermite s e p a r a r e l con la finalidad de reducir al la bomba de subsuelo. ficiencia de la bomha

gas

del

oetrbleo

m n i m o l a e n t r a d a d e qas a

pues de lo contrario disminuye la eY

como es lgico

tambi&n s e r e d u c e

l a o r o d u c c i o n d e l oozo. TiDos d e a n c l a s e n t r e l a s m a s u s a d a s e s t n Al C o p a (Gilbert) B) Niple p e r - f o r a d o (Poorman) C) Tioo e m p a c a d u r a (Packer) DI Natural EI M u l t i c o o a s

CINCLAGILBERT POORMAN EMPACADURA NCITURAL MILTICOPAS

FIGURA 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8

Funcionamiento El flujo oasa aY

traves d e

105

huecos del

ancla

creando

turbulencia cibn d e l

u n a caida d e oresin q u e

provoca

l a seoara-

gas. p o r s e r e l m e n o s p e s a d o e s d e s v i a d o h a c i a e l mientras que e l petrc5leo e s absor-

anular del revestidor.

57

vido d e n t r o d e l a n c l a p o r e l t u b o d e scrccibn.

ANCLFI DE COPA GILBERT

Es un ninle de tres piesd e esDes.or p o r 30 m m .

de longitud con

ranuras de 2mm.s e

de larqo y lleva

CODOS

coloca con

l a s copas h a c i a a r r i b a Y d e b a j o d e l a z a p a t a d e l a b o m b a .E n su e x t r e m o i n f e r i o r5 e

coloca un

tubo de treinta pies

(JO p i e s ) c o n u n taDc5n e n l a p u n t a . d e n o m i n a d o t u b o d e b a rro.

En el interior del ancla se encuentra el

t u b o d e succibn.

e l c u a l \/a e n r o s c a d o a l a z a p a t a d e l a b o m b a . c u y a funcibne s s u c c i o n a r e l oetrbleo c o n l a m i n i m a c a n t i d a d d e g a s .

El

t u b o d e succiw e n e l a n c l a d e g a s

d e

4-1/2

pulgadas

d e b e s e r d e 2 Dulgadas d e di6metro y 2 0 p i e s d e l o n g i t u d . E n l a s a n c l a s Z-1/2 de 1 112 Dulgadas e l tubo de succich d e b e s e r

pulgadas por 20 pies de longitud.

L a c a n t i d a d d e niDles q u e p u e d e l l e v a r u n a n c l a d e p e n d e d e l a p r o d u c c i n a s t.enemos:

S i l a DrOduCCitin e s d e 300 B P D l l e v a u n niple,

si p r o d u c e

e l p o z o e n t r e 300 Y hOO B P D l l e v a d o s n i p l e s y m a y o r e s d e

600 BPD lleva tres niples.

F I G U R A

24

ANCLA DE GAS TIPO COPAS

EXTREMO DONDE BOMQkZAPATA DE LA BOMBA SE ENRoSCA ANCLACOPA -+2 TU!30 DESUCCION

TUBO DEBARRO

EXTREMO D O N D E SE ENROSCA EL TUBO DE BARRO

ROSCL 4 -& E u .

F I G U R A

2-5

ANCLA DE GAS NIPLE PERFORADO ( Poorman)

BOMBA,----q

Qo 0 1O O

ANCLA-

00 3 0000OO

1 1 l--PII II

T U B O DESUCC ION

0

OO 0000 0

000

OO 000 1O O

1

TUBO DEBARRO

ii

rn

F 1 G U R A

Z-6

ANCLA DE GAS TIPO EMPACADURA

EMPACADURA--B /f

1

T

'1

F 1 G U R A

2-7

ANCLA DE GAS TIPO NATURAL

s z c_

P E R F O R AC

Il II j tomes-----+II I I -3

)OOO O

UfjMU A -

-II tl I II I c

)OO OO )QO 0 0

100 O O joo 0 0

1JA G U J E R O S DELAN CLA D E G A S

0 ac 0 0

0 oc

0 0

F I G U R A

243

ANCLA DE GAS T I P O I\/IULTICOPAS

BOyj3A -

COPAS-

GUJEROS-

c

- G A S

TUI30 D E SUCCION

Su

nomenclatura

es

la

siquiente

C-X

donde: X 1 2

C:

Siqnifica t i p o d e a n c l a : DiAmetro d e l

"cooa"

X 1 X 2

ancla

: L o n q i t u d d e nilmero d e n i p l e s .

Ejemplo:

c - 46

c 4

= =

tiDo

CoDa

4-112 p u l g a d a s

6 = 2

niples

de

3 p i e s d e longitud

DescriDcibn

de una ancla

de copa C-43

C

=

tipo

copa

4 = 4-1/2 Dulqadas 3 = 1 niples de 3 pies

Para

la

instalacibn Y c o n s t r u c c i n d e l a s

anclas

d e gas

se

suqiere

lo

siquiente: de qas debe colocarse

A.-

El

ancla

cerca

de

la

bomba. m$s

B . - E l drea d e p a s a j e d e f l u i d o h a c i a b a j o d e b e s e r l o amplio

Dosible

oara aminorar del tubo

la

velocidad

del

oetrbleo.ser mayor al

.T -.- L a l o n q i t u d

d e succic5n

no debe

dolmen d e e n t r a d a a l a b o m b a d u r a n t e u n a c a r r e r a . ).- H a s t a 250 BID d e produccih : _.- El At-ea d e oerforaciones se puede usa un tubo de 1 en

el

tubo

de succin debe

tener un rea mnima de 4

veces

el

drea de la

vlvula

es-

i:

F.- E l

Area d e

l a s oerforaciones

en el

ancla

d e qas d e b e

s e r 2 v e c e s e l area a n u l a r e n t r e e l a n c l a y e l t u b o d e suc cihY

4 v e c e s s i l o s fludos p r e c i p i t a n p a r a f i n a o e s c a l a

(7.9) 2.3. LAS VARILLAS DE BOMBEO 0 SARTA DE CABILLAS

E n l a p r o d u c c i n d e oetrc5leo p o r b o m b e o m e c n i c o .

las va-

rillas de succin son una herramienta

esencial de la cual

se abusa en demasa Y el hecho de que contina funcionando a pesar del abuso. hace que muchos consideren innecesario

preocuoarse oor el I a .

En un ao

las

varillas

de

DOZO

pueden

completar

mas de raspando a

diez mi 1 lonescontra la

de ciclo de bombeo.

pueden estar estar

tubera en un

pozo torcido,

expuestos

d i f e r e n t e s carqas o a

u n o o m a s tioos d e corrosibn d u r a n t epozo. y s i n embargo las nicas

e l oerodo d e t r a b a j o d e l

v e c e s e n q u e e l l a s r e c i b e n atencion e s c u a n d o s e h a n r o t o .

A f i n d e ooder consequir u n a m a y o r

duracin de que a

las vari-

llas debe seguirse determinadas reglasse exponen

continuacibn

Y a fin de conseguir un vida mas larga de ellas

5e s u g i e r e :

l.- N o m a r t i l l a r l a s esoigas o c a j a s .2.- A p r e t a r

las varillas suficientemente.

3.- M a n t e n e r limoias l a s rosca5. .4. - N o d e b e n s e r a r r a s t r a d a s h a s t a e l qa5 0 r o s c a s 5e e n s u c i a n c o n c o n t a c t o o goloesconD O Z O

ya

ocie

l a s espi

tierras o se pueden daar por

otros objetos de metales.van a

5.- S i l a s v a r i l l a s s e

c o l o c a r h o r i z o n t a l m e n t e a l sa

carlas d e l p o z o .

debern sostenerse adecuadamente a lo lar

q o d e t o d a SU extensibn. 6.- L a s

varillas debern

ser

bajadas a

menor

velocidad

cuando se calcula oue la primera llega al do dentro del pozo. es

n i v e l d e l fluvarilla5

muy difcil torcer lasDozo a

al llegar al fluido del

una velocidad alta.

7.- U s a r e l e v a d o r e s d e t a m a o a d e c u a d o . 8.- S i l a s v a r i l l a s h a n temporalmente, sido usadasY

se

van a almacenar con una capa de

limpiarlas

y proteqerlas

p e t r l e o l i v i a n o o c o r r o s i v o a f i n d e e v i t a r l a corrosic5n.

C o n e l o b j e t o d e q u e l o s f a b r i c a n t e s d e v a r i l l a s s e adhieran a l o s S t a n d a r d d e API. e l Instituto

FSmericano d e P e t r en

leo establecib

un mtodo para

marcar la5 varillas

la5

cuales debe constar los siguientes: l.- L a identificacibn d e l f a b r i c a n t e2.- E l diSmetro n o m i n a l d e l a v a r i l l a , e n p u l g a d a s . J.- E l m o n o g r a m a API

- El grado sea CLIC:c,

i

5.- L a m a r c a d e codigo p a r a i n d i c a rcin

la fecha de

fabrica-

o el grado de acero de que fue confeccionada.

Dicha informacin aparece en los extremos cuadrados de lasvarillas.

donde se

colocan las llaves para su ajuste.

Las varillas se fabrican en longitudes queas d e 11/3. 2 . 3. 4. 6, 1 0 Y

d e 2 5 y 3 0 a s pesiendo estas

12

c11

timas usadas para espaciar la bomba de la grampa del tago pulido a la distancia exactamente deseada.

vs-

Las varillas son fabricadas en tres clases a saber: Clase K . - S o n v a r i l l a s d e n i q u e l - m o l i d b e n o , r e s i s t e n t e a l a corrosjAn.Latensitm

mnima es de 82.000 PSI

Clase C . - S o n l a s v a r i l l a s d e combinacion d e c a r b o n o m a nganes0 F usados en trabajo pesado y medio,

l a

inhibicibn

contra la

corrosion es bastante efectiva,

la tension de es Cl -

f u e r z o m n i m o e s d e 9 0 . 0 0 0 P S I l a m a y o r a d e los DOZOS san este

tioo d e v a r i l l a s : yusar

Clase D . - S e u s a n d o n d e n o s e a l c a n z a n a

las vari-

l l a s tioo C Y s o n f a b r i c a d a s d e u n a aleacion n i q u e l - c r o mo Moly.

Se usan por lo general en pozos

de alto volumen

d e oroduccion.

La tension mnima es de 115.000 PSI.

V lo

oodemos definir como el

conjunto de cabillas

que forpuede

m a p a r t e integral d e u n s i s t e m a d e b o m b e o mec8nico.

f f, s e r d e diilmetro u n i f o r m e o c o m b i n a d o . I; ser de acero. bra de vidrio. tambiPn Duede c o m b i n a r s e

El materialcon cabillas

suelede fi-

2.3.1. EMBOLADA

EFECTIVA

(1,3)

Existe una longitud diferencial entre la embolada de la ba r r a oulidadefine laY

el viaje del pistn en la bomba. este pistn.

ltimo

embolada neta efectiva del

Esta diferencia se origina debido a: - Estiramiento de la sarta de cabillas - Estiramient.0 d e la tubera de produccirh.

- Efectos dinmicos de la sarta de cabillas. - Vibracin de

las cabillas

- F r i c c i n e n t r e e l oistbn y e l b a r r i l

E l d e s o l a z a m i e n t o d e l pistbn e s u n i n c r e m e n t o d e l a ladaY

embo-

el estiramiento de las

cabillas y la tubera tiende

a d i s m i n u i r l a m i s m a e n t o n c e s s e Duede e x p r e s a r q u e :

Sr

P

=

S + EP - ET - ER (2-l)

onde:

S s

P

: :

E m b o l a d a e f e c t i v a . e n oulgadas T i r o d e b a r r a Dulida. e n p u l g a d a s Elongacin del pisth. e n pulgadas en oulqadas

EP: ER:

Elongacick d e

las

cabillas.

2 . 3 . 1 . 1 . E_LONGFICION-DE L A SFIRT4 D E C A B I L L A S ( E R )

L a s a r t a d e c a b i l l a s s e elonga c u a n d o e n e l c i c l o la carga se transfiere de la tubera i en la embolada ascendente. 1 8 [ to d e l a s a r t a d e c a b i l l a s qwiente. se a l a s

d e

bom-

cabillas

ouede c a l c u l a r

el e s t i r a m i e n si-

p o r m e d i o d e l a exoresin

oara s a r t a u n i f o r m e : 5.20 ER = x G x D >( A x L

----------------:---FI r x E (2-2)

P a r a e l c a s o d o n d e l a b o m b a s e e n c u e n t r e oor d e b a j o d e l n i ve1 d e f l u d o e n e l a n u l a r . E n e l caso d e b o m b e o comoleto. e n t o n c e s D = L sibn a n t e r i o r s e exoresa c o m o : 2 h x L P ------____________ 5.20 x G x A r XE (2-3)Y

LA

expre-

ER

=

Donde : G : G r a v e d a d esoecifica d e l f l u d o D: Profundidad del nivel de fluido de trabajo en pies

Lonqi tud de Area del

la

5 arta de c a b i l l a s . e n oulg.en 2

en

oies.

oi std3n .

At-ea

de

cah illa .

oulg.

2

Mbdulo

de e last icidad

(30X10

6

LPC ) . combinadas entonces: L +.....+L 1

Considerando. 5.20 x G

sarta de c a b i l l a s x A (L +

:

XL D ER = _______----------E

1 -1

2 -2

n -n

CI

A

A

(2-41

Donde : L.L 1 2 . . . . . . . . L Longitud de cada tramo de c a b i l l a s . oies. At-eaDUlg.

n

en

A.A 1 2

.* . . . . . . A

n

de

la cabilla

en

cada

tramo.

en

2.3.1.2.

ELONGACION

QE

LA

SFIRTA

DE

TUBERIh

La sarta de tubera. s i

est anclada,

su

elonqacih e s

i-

yUa1 a cero.longacin s e

Si e l

extremo de l a

tubera estA l i b r e .

su e -

c a l c u l a de manera idntica a l a s c a b i l l a s , e s

to es:SARTA DE TUBERIA UNIFORME

5.20 ET =

x

G

x

D

x

A0

x

L

-_- -----------------A t x E (2-S)

70

SQRTA DE TUBER 1 A C@IIB INADFI 52OxGxDxA ET = _----__-- ______: E (L -t A 1 corte transversal + L 2 - A 2 de la +.....+L n - n en ) (2-6)

A

Donde A : t

Area d e l 2 Pulq!.

tubera

L 1

. L 2

. . . . . . . L

n

Longitud de cada tramo de tubera. en mies.

2 . 3 . 1 . 3 . __-- _.__- - __._. SOBREVIhJES

E l desolazamiento d e l pistn o s o b r e v i a j e s e e n t i e n d e c o m o una funci6n d e l de la Deso m u e r t o de las la cabillas sarta de Y de l a carga ctara

Dar e f e c t o

aceleracibn d e

cabillas

c a l c u l a r e s t e t i o o d e d e s o l a r a m i e n t o s e o l a n t e a n v a r i o s rn& t o d o s deDendiendo d e l t i p o v la d e combinacibn d e c a b i l l a s es: 2 x S x (LxN) (2-7)

e>tDresihn Dara d e t e r m i n a r l o -11

ET

= 1 .93 x 10

Donde: ET: S L N E

Desolazamiento d e l de la barra la

oisth,

e n

Dulgadas

: Tiro :

Dulida. e n de

Dulgadas en oies

Longitud

de

sarta

cabillas.

: Velocidad de bombeo en SPM. : Mbdulo d e elasticidad.

E s t a exnresih t a m b i n se Duede f o r m u l a r c o m o :

71

-7

Eo =

4 0 . 8 Li& -- -------E

--

(pulg.)(2-B)

El valor de & Duede ser calculado por metro de la formula:

z o = SN---70500

(2-9)

o oor medio de la figura (2-14).

2 . 3 . 1 . 4 . METODOS P A R A CFSLCULAR L A EMBOLFIDCI E F E C T I V A

2.3.1.4.1.

METODO COBERLY

Este mtodo asume que los esfuerzos a lo largo de la sarta de cabillas en forma instantnea. se propagan y tro de la

e l

diame-

sarta es uniforme.

E n l a obtencion d e l a f o r m u l a (2-8) n o h a s i d o c o n s i d e r a d a

la geometra

de la unidad.

ni

la

existencia

de una sarta c o m p l e j a oara

t e l e s c b o i c a . oues

dicha formula

sera muy

propositos o r a c t i c o s .

fIlouno a u t o r e s

orefieren

usar

el

valor de 32.8 en

1 ugar

de 40.8 oor considerarlo ms empricamente correcto para u n a u n i d a d d e oromedio g e o m t r i c o . oero el u s o d e cualquie

72

ra d e d i c h a s c o n s t a n t e s

e n

l a

ecuacih (2-8)

dan valores diferencia

d e s o b r e v i a j e d e l niston o u e v a r a n e n u n 2 5 % .

a u e n o a f e c t a e n f o r m a c o n s i d e r a b l e e l cdlculo d e l a carre t-a neta del pistn.

Al reemolazar las ecuaciones (2-2). se obtiene: S S = D + 2 4 0 . 8 Ld 5.20GDA L ( 1 - A t

(2-5) Y (2-8) e

n

(2-l)

+

D __----- - - - - - - - - - E E

1 - A r

1 Pulp. (2-10)

Que

es l a

formula

oara c a l c u l a r

la

carrera

neta

del

piston

cuando se tiene una sarta de varillas uniforme. L a c a r r e r a n e t a d e l oiston c u a n d o s e pica. se d e t e r m i n a l a reemolazando l a s u s a u n a s a r t a telescb ecuaciones (2-4). (2-h)

Y (2-8) e n

ecuacibn (2-l). 2 Lo( -

S SD

+

40.8

=

- - - - - - E

D ____---_ E

5.20GDA

(L

+ - A t

L

1 - FI 1

+

L 2 - A 2 + . . . .DLI~cJ.

(2-11)

3ue es l a e c u a c i n d e M a r s h

Y

Coberly.

E n t o d o s l o s casos se c o n s i d e r a o u e e l m d u l o d e elasticijad del acero E = 3!1) x 10 PSI desde v la la tubera cabeza de produccion del oozo. E n el

;e e n c u e n t r a s u s p e n d i d a :aso d e oue s e

encuentra anclada es oue incluyen A t en las

n e c e s a r i o desoreciar ecuaciones C 2-11) Y

l o s terminos Z-10).

73

2.3.1.4.2.

METODO R I E N I E T S ____.-_ -----..----..

E s t e metodo s e f u n d a m e n t a

en

la

suoosicion

de

considerar

la sarta de cabillas como un resorte con un extremo fijo Y o t r o l i b r e oara v i b r a r .L a s r - e l a c i o n e s maternaticas oara c a l c u l a r e l desoIazamiento

d e l oiston s o n l a s s i g u i e n t e s :S 0 = s x cos 6 + OR -K 2WF --+ K E K (2-12,

En donde:

s :.o

E m b o l a d a e f e c t i v a . e n ~~10.

S: T i r o

de

l a b a r r a oulida. e n 0~10.

W F : P e s o f l u i d o s o h r e e l oiston. e n l i b r a s

8 : Anoulo d e f a s e . f i g u r a 2 - 10B : k: : Factor- de magnificencia. figura 2 - 9 Constante - Elasticidad de la sarta de cabilla

libras/auloadas. F : Carga F r i c c i o n a 1 d e l a s a r t a d e c a b i l l a s l i b r a s

Q : Carga t o t a l d i f e r e n c i a l e n l a b a r r a p u l i d a d e b i d o a c a rqa d e W fluido

Y l a aceler-acic!m d e l a s c a b i l l a s e n e l f l u i d o

r

= P e s o t o t a l d e l a s c a b i l l a s e n e l a i r e tlbs)(l+a(! + 2 w (2-131

Q = WF

r

A= SN2- 70500

(Factor

de

aceleracin)

WF = 0 , 4 J :T,

x

G

x

C!

?!

A

0

.

(L-14)

L a abcisa e n

las f

iquras 2 - 9

y

2-10 e s

R l a

cual

e5

una

[ r e l a c i n d e l o e r o d o d e f r e c u e n c i a d e vibracibn d e l a s caI [billas. esto es: R = Tl T2 (2-15)

Para todos

los

proohsitos orcticos. tl se c a l c u l a

por

me-

dio de la expresin: Tl= 4 x 17000 L (SEG)

(2-16)

En donde: t: L o n g i t u d d e l a s a r t a d e c a b i l l a . e n p i e s Tl: Perodo de vibraciones natural de la sarta de cabillas en Seos.

S e e n t i e n d e oor T 2 e l t i e m p o ciclo de bombeo. T2 = 60 - N

necesario para

completar un

(2-17)

Otro factor involucrado es el de amortiguacin de la sartar

de

cabillas

esto

es:

J=2

d 1

-

(Tl/tZ

12-18)

E l c u a l i n t e r v i e n e e n e l cAlcu10 d e B ( 7/2 4 ) + 2 J CTl/T2?

Bz; rI

1

-0.5

(2-19)

?5

Fig.2.9

0

---I

/= =-5 -_--. .-.

------ ------ --. _- -.1,---.-- -\\ _-_-- -3.-- -._? \\ --.. .1 -T-- \\ , -i 7 \ ?l? \ ;,1.0 1.2 1.4

0

0.2

---l --!l0.4

0.6

0.8

Rel.scidr-t di P e r i o d o ,

R = TI/Tz (Ref 12).

B = F-ac~:tnr d

e

tlagnif icencia

Fig.2.10-r---,r.? .--. -1-

_-_ --/ --. / ;n

I _..- -. . ..-- -

-:--

--.y-.

../

.-.-...t

1

-----. 1

/.

-2 /;: ~ J,.--I8 / / (-7j .--

--

--- -- f < KI : __--.- -- < D 2 __ _.-- u

7 - ---

_--- ..~

-

a r a c r u d o s Desadosipta a 1 . 0 .

-T

es awroximadamente igual a 2.0: B

La constante de e l a s t i c i d a d . [ :- t3or: , : SARTA UN1 FORME K =

K de

las

cabillas

5e c a l c u l a

0.0833 x E - - - - - - - - - L/A r ( 2-20 )

SCIRTA COMB 1 NADA

K =

0.0833 x E - - - - - - - - - - - - - - - - - - (L 1 - 1 = L 2 - 2 +.....+L n - - n ) (2-21)

FI

PI

cl

En donde: E: Fldulo d e e l a s t i c i d a d ( 30 x 10 LPC)

A: Area s e c c i o n a 1 d e l a s c a b i l l a s . e n p u l g a d a s ia c a r g a friccional. F ec; dificil5u

evaluacitin

en cru-

d o s l i v i a n o s s e desorecia.

2.3.1.4.3.

METODO L A N G E R Y LCSMBERGER

E s t e mPtodo t r a b a j a e n f o r m a d i r e c t a p a r a d e t e r m i n a r l a e m bolada efectiva del wistn. desplazamiento del sin considerar wor separado el la tubera Y

wisthn v l a

elongacibn d e

la sarta de cabillas. La exwresih u t i l i z a d a es la siguiente: ( 1 __ A r 1 ) __ 4 t

s =P

S ---------__ -----cos I 0 . 0 0 0 4 XLXN 1

-

WF x L -----___ 2 x 10

>:

_

(2-22)

2.3.1.4.4.

METODO API __.__. -__ ..-

El m t o d o API u s a d o e n e l p r e s e n t e t r a b a j o i n c l u y e p a r a e l cAlcu10 d eSD

una formula altamente simplificada p e r o b a s t a n t e SimDlificada bastante acertada para laY

Y

basada

e n la exDerienci.3.

basada en prac

la experiencia tica. SD

Y

aplicacin

Dicha formula es:

=

(SP

/

Si)

x

S

-

F Q

1 K

-t

(2-23)

Dnnde :

SD

= C a r r e t a n e t a d e l oiston d e l a b o m b a e n ocrlq.

S /Si = S e c a l c u l a a p a r t i r d e l a fiq. 3 - 5 0 S = C a r r e r a d e l vdstaqo p u l i d o e n oulgadas. F = Carga d i f e r e n c i a l

Cl

d e l fludo e n e l Area t o t a l d e l Dis-

tc5n. e n l i b r a s .J --

=

u t K

C o n s t a n t e PlAstica oara l a oorcion d e t u b e r a

n o

an-

clada Dulg./libras. d o n d e :r-eoresenta l a c a r q a e n

1 ibras r e q u e r i d a

para

alargar

t

una oulqada.

l a oor-cion d e t u b e r a n o a n c l a d a e n t r e e l an-

cla

Y

la bomba.

E x a m i n a n d o l a f o r m u l a ( 2-23) n o s d a r e m o s c u e n t a q u e l a c o n traccion d e l a t u b e r a c a u s a d a p o r l a t r a n s f e r e n c i a carqa d e fluido desde la de la

v=llvula v i a j e r a e s

restada del

~&lculo d e fon e l

la

carrera de

del

oist&.

valor

Dbtenerse a u e

a calcul ar 1 a produccick (Qj se puede S D d e Mar Coberlv Y A s o c i a d 05 sh oara e l m&todo

Q=K

S

NEy

BBLS

/

DIF,

( 2 - 24 )

: = C o n s t a n t e d e l a b o m b a e n B B L S / d a / Pulo / SPM :s = C a r r e r a n e t a d e l pistc5n. e n ~~11 gada 5 . N = V e l o c i d a d d e b o m b e o . e n SPHE = E f i c i e n c i a volumPtrica d e l a b o m b a e n % 9I

y API c a l c u l a en cambio el desolazamiento d e la

i fil m&todo : bomba como:

PD = 0.1166

SD

N

DL

BBLS/DIFI

(2-25)

Donde : 0.1166 = constante

S0

= Carrera neta del pistn. en pulgadas.

IU= V e l o c i d a d d e b o m b e o e n S P M D = Di6metro d e l oistbn d e l a b o m b a . e n p u l g a d a s . L a ecuacih (T-25) e valor s eauivalente a l a ecuacibn (2-24) Ya 2 O.llbhxD e s l a c o n s t a n t e K d e l a b o m b a .

Que e l

P a r a c a l c u l a r l a p r o d u c c i n a o b t e n e r s e , p o r m e d i o d e l m-

t o d o W I d e b e r multiolicarse a l cin 2-13.

valor

obtenido

en

la

ecus la5

e l v a l o r d e E,oue e s a s u m i d o e n funcich d e

c a r a c t e r i s i i c a s d e ooeracin.

: Ejemplo para desarrollar:

Nivel

fluido:

4000 o i e s de vlvula fija: 4500 oies

Profundidad Tubera Dihmetro d Sarta d e de e

oroduccin: 3- 1/2 oulq. oistch 2 - 1/4~ulq.

cabillas de

63.6% d e

719 +

36.4%~ulq.

de

1.0

Embolada

superficie:

107-3/4

V e l o c i d a d d e h o m h e o 6-1/2 S P M0

CIPI d e l c r u d o : 9

Si el potencial del da efectiva del

DOZO

es 450 BFPD. determine la embolav la capacidad de desplazamiento

pistn

del eouioo de subsuelo. Haga l a s recomendaciones pertinentes.

(1.3.4) 2 . 3 . 2 . D I S E O D E U N A SC\RTA D E C A B I L L A S

Para zar

determinar los

una

sarta

de

cabillas con

lo

primero

en

analias co

son

factores

que

influyen

mayor f u e r z a .

mo las partes del sistema de bombeo. subsueloY

incluyendo eouipos de ser de d i m e t r o u-

s u o e r f icie. u n

diseo

puede

01

niforme o c o m b i n a d o .

siendo

este

ltimo

elY

ms

utilizado.

oues u n d i s e o c o m b i n a d o e s m6s l i v i a n o

econbmico.

E s r e c o m e n d a b l e oara t o d o d i s e o

realizar

el

anlisis

de

e s f u e r z o s o o r e l diagrama d e G o o d m a n m o d i f i c a d o . p a r a c u a n tificar e l oorcentaje d e carqa d e c a d a s e c c i n d e l a s a r t a k B 1 e s t o s e v e r e n e l siguiente ounto.

Los diseos de

sartas de cabillas se encuentran tabulados Y dependen exclusivamente d e l didmetro funcio-

en el RPLLL. de FIP 1 .

d e l nist6n d e l a b o m b a d e s u b s u e l o . e s t o s

diseos

n a n b a j o e l orincioio d e iqualacih d e e s f u e r z o s e n e l tooe d e c a d a t r a m o d e c a b i l l a s .

E l or-oblema s e p r e s e n t a c u a n d o s e v a a i n s t a l a r e n u n pozo un diseno d i f e r e n t e a los ClPI. Cc5mo e v a l u a r105

esfuerzos?

D e o e n d i e n d o d e l tioo d e b o m b a . de la misma v determinar 1 a la oresic5n e n el

orofundidad cabezal del

de colocacinDOZO:

s e

Duede

lonai t u d ootima d e

cada tramo

de

cabillas basi-

c o n e s f u e r z o s i g u a l e s e n c a d a toae. s a d o e n oroces o d e ensaYo Quien tes asoectos:Y

Este mtodo est y considera l o s

error

A.- C o n s i d e r a l a qravedad

esoecfica d e l

f ludo p r e s e n t e

el

DDZC.

Profundidad

de asentamiento de la 2% de la

bomba

del subsue lo.total de

( e s t e oardmetro r e o r e s e n t a e l l a s a r t a d e c a d a IVU oies. )

l o n g it u d

E f e c t o d e sobrecarga d e l a oresi&? e n e l

cabezal.

L a s e c u a c i o n e s oue i n t e r v i e n e n e n e l d e s a r r o l l o d e l m t o d o son las s i g u i e n t e s . d e a c u e r d o a l a f icjcrra 2-11

. 1.

.

Ra

+

%Rb

+

%Rc

= 1 . 1:)

(2-26)

ii. E n l a seccion i n f e r i o r l a c a r g a s e d e t e r m i n a o o r :Wa=WD

+

111.a

x

%

Ra

x

L)

(2-27)

El

esfuerzo Carga

ser&: E a

= Wa/Aa(blD=Wf)

wo :

sobre

el o i s t n

i i i . E n l a secci8n i n t e r m e d i a d e c a r g a v i e n e d a d a o o r :Mb = Wa + (Nb x % Rb 2: LI (2-28) vie-

iv.

En la seccin suoeriro la carga y el esfuerzo. nen dados oor: WC Ec = = Wb + klcWC/kC

(

XRc

Y L

(2-29)

E n t o n c e s igual a n d o l o s e s f u e r z o s e n c a d a

tooe de cabillas

se tiene:

f3

F 1 G U f? A 2-4

7

T Rc /

McAC

Rb

Mb

Ab

L

! Rd

!

=

Eb Wb - Ab

(EI) (el!

YY

Ea Wd -Aa

= =

Ec WC -Ac

( (

b b

1 1

=

.erminacibn las

de los

porcentaj e s d ec a d a secc i o n

de la

ecuaci one5 oue

intervi enen s e d educen d e

ouiente:Para una sarta doble: Ea = Eb ---------, ---------, Wa -Aa = Wb -Ab ( 2-30, \

D e s p e j a n d o %RB

Y

luego

susti tuyendo l a s

c a r p a s W b y W a oor

s u s e c u a c i o n e s correoondientes

resulta:

(WP + PIA >! RF, x L) (Ab/Aa - 1) % RB = _____________-_-____-----------------

(2-32)

Mb

x

L

Entonces el procedimiento de ensayo y error es el te: Se asume el valor cualouiera

siouien-

de

%Ra

(Ej.

% Ra = 0.25)

y se calcula %Rb.

luego

por diferencia

Rac = 1 - %Rb s e d e

termina un valor de 5: Ra calculado

y se compara con el va-

lor va

asumido de %Ra.

Si son diferentes entonces. en la nue valor calculadoY

iteracin

el

de

%Ra s u s t i t u y e

al

valor

a s u m i d o e n el ,cin h a s t a

paso anterior

se

iniciaY

de

n u e v o la sean

itera-

oue

el

valor

asumido

calculado

iguales.

En ese momento

se obtiene el porcentaje

de cada cabilla.

,con e s f u e r z o 5 i g u a l e s

en cada tooe.

IPara u n a srt aEa = Eb = Ec Wa--

slmDle:%Ra Wd -Aa + = XRb WC -AC

:

+

%Rc

=

1.

Wb-Y

Cla

Ab

Susti tuyendo l o s v a l o r e s d e W a . W b/ anteriores : se o b t i e n e nY

Y

WC en

las ecuac iones f uncic3n de %Ra.

desoejando %Rb Y %Rc c o m o u n a

l a s siouientes e x p r e s i o n e s :Gb - -1 .

+ ( &JP MA x %Ra x L) ( Aa ! % RB = - - - - - -------------__----_-----------Plb x L

(2-33,

kr - %Rc = ( (Wn + Pta x %Ra x L I v. Aa

-1) )

-

Mb x XRb

x L (Z-34)

En la

t a b l a (IV-8) se e n c u e n t r a n t a b u l a d o s

los valores de

R Dara t o d a s

las orobalbes combinaciones de tamaos de va-

rillas.

E s n e c e s a r i o cheauear l a tensih m x i m a c o n l a tensibn dis

ponible de las varillas ser usadas.dio ta del oue

e s t o se h a c e Dar m e -

clc~tlo d e l a mdxima tensibn e n e l tooe d e l a sares la caraa mAxima e n

e l v6staqo culido d i v i d i d o oa

r a e l B r - e a t r a n s v e r s a l d e l a s e c c i o n t o p e d e l a s ,varillas:d i c h a t e n s i o n sera tambien l a t e n s i o n maxima o u e nrobablem e n t e s e e n c o n t r a r e n cualouier p u n t o b a j o e l t o o e .

ka t a b l a I V - 1 0 .a u s a r - s e e n e l metodo API Dresenta l a sferentes combinacionesY

d i -

oorcentajes d e c a d a s e c c i o n d e v a

rillas d e

una

s a r t a kelescoica o u e s e Dueden u t i l i z a r e nDistn e s c o g i d o .

funcion d e l

diametro d e l

2.3.3.

Af&lALISIS DE ESFUERZOS

(4)

El metodo

m6s e f e c t i v o

oara

evaluar las

cargas sobre la

sarta de cabi 1 las. ficado.

se basa en el diagrama de Goodman modi-

va a u e c o n s i d e r a e n s u a n l i s i s l o s r a n g o s Y m x i -

m o s e s f u e r z o s Dermisibles ( v e r fio. Z-12)

E l oroceso d e evaluacibn ordfica d e u n a es el siguiente: ( v e r fio. Z-131

sarta de cabillas

Ejemolo:

Caroa Mxima :

27060 libras 9020 l i b r a s 718 C l a s e Dcabioor l a

Carga Mnima :Cabilla :

Paso 1:

Determinar la

r e s i s t e n c i a m n i m a . T. d e l a establecida

lla utilizada.

La resistencia mnima

?7

F 1 G U R A 2-Q

DIAGRAMA DE GOODMAN

Ep 435Tt 05625 Enrin) AEp= Ep - EninDONDE: AEp= RANGO DEESFWERZO

MNIMO f?GwtSl~E:

FIPI .

e5 l a

siouiente: RESISTENCIA A L A TENSION 90.0@0 (1PC)

CAB 1 LL AGRADO API C

D K

115.00085.000

Paso 2:

En

oa~el

m i l i m e t r a d o s e t r a z a u n a l n e a a 450. d o n ranao d e esfuerzo En la o r -

de se establece el lmite inferior del permisible.

o sea la lnea de esfuerzo mnimo.

d e n a d a s e d i s t r i b u y e u n a e s c a l a a d e c u a d a . oara r e o r e s e n t a r los esfuerzos. en LFC.

Paso 3:

Usando la escala de esfuerzos marque el punto ----

T/1.75 e n l a l i n e a d e 4 5 0 ( e s f u e r z o m n i m o ) .

Paso 4: una

E n e l e j e v e r t i c a l l o c a l i z a r e l ounto entre

Ti4

Y trace

lnea

l o s ountos T/4

Y

T/1.75.

Esta

linea defi-

n e e l e s f u e r z o maximo o e r m i s i b l e . e n e s t e d e s e r ,vicio i a u a l a u n o .

caso con factor

Paso 5:

klaroue e l e s f u e r z o

mnimo esto es:

EIIIN = Caroa m n i m a / r e a d e l a c a b i l l a P a r a e s t e ejemolo e s 1 5 0 0 0 L P C . Paso 6: E l maximo e s f u e r z o s e o b t i e n e a l trazar vertical-

mente desde el zo mximo.

ounto ENIN h a s t a c o r t a r l a l n e a d e e s f u e r -

F 1 G U R A

&.13

paso 2)

uerzo

( paso 6

Paso 7:

Ubioue

e 1 e s f u e r z o mbximo c a l c u l a d o o m e d i d o e n l aD~SO

: vertical trazada en el

anterior.

S i

sobreoasa a l

l 50-

n e a d e e s f u e r z o mAximo imolica sue l a s c a b i l l a s est$n brecarqadas. e l p o r c e n t a j e d e sobrecarga s e d e t e r m i n a m6ximo p e r m i s i b l eY

d i -

vidiendo el esfuerzo m&ximo o calculado

entre el esfuerzo oor c i e n si cae

luego s e

multiplica

p o r d e b a j o d e l a l n e a d e e s f u e r z o m x i m o o e r m i s i b l e indib $ ca oue la cabilla estA e n el ranoo d e ooeracin dotimo.

E j e m p l o Dara d e s