Cheribel Muegues MolinaDiego Dueez ManriqueSairek J Rico ClavijoUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD FISICO-QUIMICA ESCUELA INGENIERIA DE PETROLEOS

Introduccin.Definicin del principio fsico.Modelamiento matemtico.Diseo del sistema (ejemplo).Evaluacin financiera.Especificacin y dimensionamiento de los equipos.Practicas operacionales.Problemas y soluciones.Conclusiones.Bibliografa.INGENIERA DE PETRLEOS

Para producir pozos que ya han muerto en flujo natural, se requiere un sistema de levantamiento artificial.

El principal mtodo de levantamiento artificial en el mundo es el bombeo mecnico, con aproximadamente el 85% de los pozos productores.INGENIERA DE PETRLEOS

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Rango tpicoMximoProfundidad de operacin100 a 11000 ft TVD16000 ft TVDVolumen de operacin5 a 1500 BPD5000 BPDDesviacin del pozo0 a 20 landed Pump0 a 90 Landed PumpMenor 15/100ft Build AngleManejo de corrosionBuena a excelenteCon materiales MejoradosManejo de GasRegular a buenoManejo de SolidosRegular a buenoGravedad APIMayor a 8 APIServiciosWorkover or pullin RigTipo de movimiento primarioGas o ElectrnicoAplicacin OFF ShoreLimitadoEficiencia del sistema45% a 60%

INGENIERA DE PETRLEOSPrincipio fsicoEl trabajo es la fuerza que se aplica contra un cuerpo durante una cierta distancia.EJEMPLO: El que proporcionan las sarta de varillas que transmiten energa desde el equipo de superficie hacia la bombade subsuelo

INGENIERA DE PETRLEOSPrincipio fsicoLa potencia muestra que tan rpido puede realizarse el trabajo. Cuanto ms rpido se realice el trabajo, mayor ser la potencia requerida, por ejemplo:

El motor seleccionado para una instalacin debe tener suficiente potencia de salida para levantar el fluido a la tasa deseada desde el nivel de fluido de trabajo en el pozo.

Principio fsicoEnerga es la capacidad, o potencial para realizar un trabajo.

INGENIERA DE PETRLEOS motor elctrico convierte la energa elctrica en trabajo necesario para bombear crudo.EJEMPLOLa eficiencia de una maquina es la relacin entre la energa necesaria para realizar el trabajo y la cantidad de energa real consumida durante el trabajo.

INGENIERA DE PETRLEOSse refiere al torque en la caja de engranaje producido por las contrapesas y la manivela de la unidad de bombeo Para calcular el torque en el eje debido a una aplicacin de una fuerza F, se debe multiplicar la fuerza por la distancia horizontal desde el centro del eje hasta el punto donde se aplica la fuerzawww.youtube.com/bombeomecanico

INGENIERA DE PETRLEOSEl flujo de Fluidos es de una regin de alta presin a una de baja presin. Una bomba de cabillas disminuye la presin en el fondo del pozo al disminuir al mnimo el nivel de fluido por encima de s.barrilpistnVlvula viajeraanclajeVlvula fijaESQUEMA DE BOMBA DE SUBSUELO

Fuente: http://www.youtube.comINGENIERA DE PETRLEOS

CARGA DEL FLUIDO SOBRE LAS VARILLASCARGA MXIMA EN LA BARRA PULIDA - PPRLPESO DE LAS VARILLAS EN FLUIDOINGENIERA DE PETRLEOSTORQUE MXIMOPOTENCIA EN LA BARRA PULIDA

INGENIERA DE PETRLEOSLa funcin de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional de la unidad motriz al movimiento ascendente-descendente de la barra pulidaLas siguientes pginas muestran los tipos de unidades de bombeo ms populares. Estas son: Tipo convencional Mark ll Balanceadas por Aire

Unidades convencionales o Clase I:

Fuente. Manual de bombeo mecnico UPCO de Venezuela S.A.

INGENIERA DE PETRLEOSUnidades de bombeo Mark IIUnidades de bombeo balanceadas por aire

UNIDADES DE BOMBEO DESIGNACIN API 11L: La primera letra indica el tipo de unidad de bombeo: A Balanceada por aire. B Balanceada por contrapesos en el balancn. C Convencional (contrapesos en manivela). M Mark II.

C 320 D 256 100 Longitud de la carrera o Stroke en (In)Mxima Carga sobre la Barra Lisa cientos de (Lbs)Torque Mxima en la Caja Reductora en miles de (lbs-in)Tipo de unidadIndica que la caja es de doble reduccinINGENIERA DE PETRLEOS

Fuente: Ingeniera de Petrleos, Lago Agrio, EP PetroecuadorUbicacin.El rea de produccin Lago Agrio se localiza al Norte-Oeste de la cuenca Amaznica Ecuatoriana en la provincia de Sucumbos, cantn Nueva Loja. Tiene una extensin de 11 km de largo por 3,8 km de ancho, con un rea de 41,8 km cuadrados.

Pozo 9A.INGENIERA DE PETRLEOS

DATOS DEL YACIMIENTO: CARACTERISTICAS DEL FLUIDO. Pr= 2256psi. API=29 Pb= 2290 psi. SGoil= 0.895. qmax=700BPD SGgas= 0.75(estimado). SGagua=1.03DATO DE PRODUCCION corte de agua= 23% 369 BPD GOR=162(PCS/BF)

DATOS PARA EL DISEO

Profundidad de asentamiento de la bomba 9820 Dimetro de la tubera 3.5

Tubera anclada.

Dimetro del pistn 1.75 Pesos de las varillas (Wr) 2.413lb/ft Distribucin de varillas 30.3%-1 y 69.7%-7/8 Elongacin de las varillas (Er) 6.03*10E-7 pulg/lb longitud de la carrera(S) 120. Emboladas por minuto (N) 8.6spm.

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1. IPR

CALCULAR: IPR. Tasa de produccin mxima, Cargas, Esfuerzos, potencia, contrabalanceo requerido y el torque para las condiciones dadas.INGENIERA DE PETRLEOS

VELOCIDAD DE BOMBEO ADIMENSIONALRelacin de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas lisas (un solo dimetro).Relacin de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas ahusada (diferentes dimetros).Fc: Frecuencia natural de la varilla.Fuente: Norma API RP 11LINGENIERA DE PETRLEOS

CARGA DEL FLUIDO SOBRE LAS VARILLAS Fo: Carga de fluidos sobre las varillas.CLCULO DE ESTIRAMIENTO DE VARILLAS ADIMENSIONAL CARGA MXIMA EN LA BARRA PULIDA - PPRLEs la mxima carga que se puede aplicar sobre la barra pulida, para que trabaje de una manera eficiente y segura.PPRL: Carga mxima en la barra pulida, lbs.INGENIERA DE PETRLEOS

Para este clculo requerimos el peso de las varillas en fluido Peso de las varillas en el aire 2. Factor de carga mximo sobre la barra pulida (F1)Relacin adimensional (F1/Skr) para el calcular carga mxima en la barra pulidaFuente: Norma API RP 11LINGENIERA DE PETRLEOS

Me indica que los 9820 ft de varillas se estiran pulgadas por cada libraAplicada sobre ella. F1: Factor de carga mximo sobre la barra pulida.REEMPLAZANDO : para calculo de carga mxima.INGENIERA DE PETRLEOS

MNIMA CARGA SOBRE LA BARRA PULIDA MPRL

Es la mnima carga que se puede aplicar sobre la barra pulida, para que trabaje de una manera eficiente y segura.

F2 es el factor mnimo de cargaRelacin adimensional (F2/Skr) para calcular carga mnima en la barra pulidaFuente: Norma API RP 11LINGENIERA DE PETRLEOS

EFECTO DE CONTRABALANCE- CBE

Cantidad de peso necesario para el contrabalance de la unidad de bombeo.TORQUE MXIMO

Es el torque mximo que puede resistir la caja de engranaje.Relacin adimensional (2T/S2 kr) para calculo de torque mximo en la caja de engranajes.Fuente: Norma API RP 11LINGENIERA DE PETRLEOS

Ta: es el factor de correccin de torque. Ta= 1.037INGENIERA DE PETRLEOS

POTENCIA EN LA BARRA PULIDARelacin adimensional (F3/Skr) para calcular la potencia del motor.Fuente: Norma API RP 11L F3 es el factor del torque mximo.esto indica que la potencia necesaria para mover las cargas del pozo, soportas por la barra pulida, es de 22.22 hp.

POTENCIA REQUERIDA = 44.44HPFuente: Norma API RP 11LINGENIERA DE PETRLEOS

Entonces determinamos la unidad de bombeo mecnico de los catlogos de los fabricantes:

En base al torque mximo (PT), carga mxima (PPRL), longitud de carrera del pistn (Sp) , la unidad que podemos utilizar es:C-640D-365-120INGENIERA DE PETRLEOS

El objetivo de la evaluacin econmica del presente estudio es determinar si el proyecto es viable o no y cul es el beneficio econmico que generar el mismo INGENIERA DE PETRLEOS

Consideraciones.Declinacin de la produccin.Di= Tasa de declinacin = 0.001835 [1/t]t = Numero del mes en que se encuentra Qm= Caudal de aceite mensual Qoi= Caudal inicial de aceite (1er da de Produccin)INGENIERA DE PETRLEOS

Das de produccin 365 Das Das en el mes 30 Das Precio del barril$US 60/ Bbl Inversiones $US155,000 Lift cost oil$US 15/ Bbl Lift cost gas$US 0,2/ MscfLift cost agua$US 0,6/ Bbl Regalas 20%

CAUDAL369 BPD

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MES Ql BPD Qo BPD Qw BPD QgGANANCIAS $US/Bbl LC o $US/Bbl LC w $US/Bbl Lc g136928484.87 59,778520.494127.8591.52811,9556236327983.49 58,8512.177125.5801.50311,76335927682.57 58,16506.6321243941.48611,632435627481.88 57,67502.4741233541.47511,534535327281.19 57,19498.3151223151.46111,438635027080.5 56,7494.1571212751.44911,34734726779.81 56,214489.9981202361.43711,2428834426579.12 55,728485.8401191961.42411,1456934126378.43 55,242481.681118.1571.41211,04841033826077.74 54,76477.523117.1171.39910,9521133525877.05 54,27473.364116.0771.38710,8541233225676.36 53,78469.206115.0381.37410,7565.911.8601.450.59817.335135,6584

GANANCIAS5.911.860REGALIAS1182372,06COSTOS DE PRODUCCION1.468.069EQUIPOS155000RENTABILIDAD3.106.420

Consideraciones.INGENIERA DE PETRLEOS

MES Qo BPD INGRESOSEGRESOS1284511200144.8992279502200127.0953276496800125.8924274493200124.8415272489600123.7876270486000122.7357267480600121.6848265477000120.6319263473400119.58010260468000118.52711258464400117.47512256460800116.42358032001.483.569

VALOR PRESENTE NETO. TASA INTERNA DE RETORNO.RELACIN COSTO/BENEFICIO.PAY BACKINGENIERA DE PETRLEOS

Inters10%Inversiones$ 155.000,00

Flujo Neto Efectivo$ 3.106.420

1 AO$3.106.420X$155.000,00

PAY-BACK = 0.04989 ao 18 Dias

B/C = 3.9INGENIERA DE PETRLEOS

1 AO3'106.420X155000

INGENIERA DE PETRLEOSFuente: Anlisis y Mejoramiento de la Produccin de Pozos en Bombeo Mecnico con Alta Relacin Gas-Aceite

EQUIPO DE SUPERFICIEUnidad de bombeoSistema de contrabalanceCaja reductora de velocidadesMotor de la unidad de bombeoBarra lisaCaja de estopas y la grapa.

UNIDAD MOTRIZFuente: http://www.inpegas.com/productos.phpINGENIERA DE PETRLEOS

Funcin Afecta Medida Consideraciones Suministrar la potencia que el sistema debombeo necesitaConsumo de energaLas cargas de la caja de engranaje Caballos fuerza (hp) Profundidad.Nivel de fluido.Velocidad de bombeo.Balanceo de unidad.

BARRA LISALa barra pulida conecta la unidad de bombeo a la sarta de varillas y es la nica parte de la sarta que es visible en la superficie.

Su funcin es la de realizar el movimiento de ascenso y descenso para crear el vaco en la bomba que permite extraer el fluido del yacimiento.

INGENIERA DE PETRLEOSwww.youtube.com/bombeomecanico

LA CAJA DE ESTOPAS Y LA GRAPALa caja de estopas es la caja que permite el sello de la barra lisa para evitar la fuga, La grapa es la sostiene la sarta evitando que se caiga,Las empacadoras de la prensa estopa son apretadas para prevenir fugas en el cabezal.Fuente: tesis Anlisis de falla en los sistemas de bombeo mecnico del campo Cantagallo.Fuente :Muoz lvarez y Torres Edgar, Tesis de gradoINGENIERA DE PETRLEOS

CAJA REDUCTORAConvertir torques bajos y altas rpm de la unidad motriz en altos torques y bajas rpm.

Fuente :Muoz lvarez y Torres Edgar, Tesis de gradoINGENIERA DE PETRLEOS

Fuente: Anlisis y Mejoramiento de la Produccin de Pozos en Bombeo Mecnico con Alta Relacin Gas-AceiteINGENIERA DE PETRLEOS

EQUIPO DE FONDOVARILLAS APITUBERIA DE PRODUCCIONBOMBAS DE SUBSUELOPARTES ESTRUCTURALES DE LA BOMBA

El mbolo (pistn) de la bomba, el cual es la parte mvil de una bomba mecnica convencional y est directamente conectada a la sarta de varillas.

Tiene una vlvula llamada vlvula viajera, la cual durante el movimiento ascendente del mbolo, levanta el lquido contenido en la tubera de produccin.PARTE DE UNA BOMBA DE SUBSUELOFuente: Campos Montao Orlando Nahim y Panchi Zapata Cristian Raul, tesisINGENIERA DE PETRLEOS

El barril de la bomba o barril de trabajo, es la parte estacionaria (cilindro) de la bomba de subsuelo.

La vlvula fija sta acta como una vlvula de succin para la bomba, a travs de la cual los fluidos del pozo ingresan al barril de la bomba durante el recorrido ascendente.

PARTE DE UNA BOMBA DE SUBSUELOFuente: Campos Montao Orlando Nahim y Panchi Zapata Cristian Raul, tesisINGENIERA DE PETRLEOS

BOMBA DE SUBSUELO EN OPERACINFuente :Muoz lvarez y Torres Edgar, Tesis de gradoINGENIERA DE PETRLEOS

DESIGNACIN API DE LAS BOMBAS DE SUBSUELOINGENIERA DE PETRLEOS

SARTA DE VARILLASARTA DE VARILLASLas varillas transmiten a la bomba de subsuelo el movimiento del balancn para que sta bombee el petrleo hacia la superficie.

IdentificacinLas varillas tienen conexiones estndar, sin importar quien las fabrica y sus dimetros son de 1/2", 3/4", 7/8", 1" y 1 1/8" con longitudes de 25', 30' y 50.Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=3GPU3Zi9J1U&feature=relatedINGENIERA DE PETRLEOS

INGENIERA DE PETRLEOSINSTALACIN

Considerar el tamao de la unidad de bombeo para la correcta instalacin de su base o fundicin.

Transporte y manejo de bombas segn normas API RP-11B.

Aplicar el torque adecuado para enroscar de los equipos segn especificacin de fabricantes.www.youtube.com/bombeomecanico

INGENIERA DE PETRLEOSOPERACIN:

El pozo debe arrancarse a baja velocidad de bombeo y preferiblemente con carreras largas.

Durante el arranque debe verificarse el espaciamiento y tomar cartas dinagrficas.

Debe mantenerse una poltica de toma de cartas dinagrficas, determinacin de niveles de fluido, presiones y temperatura en superficie y funcionamiento en general de la unidad de bombeo.www.google.com.co/bombeomecanico

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PROBLEMACAUSASOLUCINBOMBA DESANCLADA.Este problema se puede presentar debido a un mal manejo del equipo o a la extraccin de la sarta de varillas.Para esta anomala el equipo de terminacin y reparacin de pozos (T.R.P.) deber efectuar una prueba de re-anclaje.BOMBA ENGASADA.El gas que entra a la bomba junto con el aceite, causa serias prdidas de eficienciaes necesario separar el gas y direccionarlo a la tubera de revestimiento antes de que entre en la bomba.GOLPE DE FLUIDO DE LA BOMBA.Se presenta principalmente por que el pozo no est produciendo de manera ptima o por la presencia de gas.Una solucin es aumentar la profundidad de la bomba, hasta que se tenga una buena sumergencia.UNIDAD DE BOMBEO DESBALANCEADA.El desbalance se puede percibir con el sonido que produce el motor en la carrera ascendente y descendente, as como la velocidad de la manivela en cada embolada.Se debe realizar una correccin (estabilizar) del equipo pues de no hacerlo se reducira la eficiencia del sistema.

DEFICIENCIA EN EL MECANISMO DE ANCLAJE.Se presenta como resultado de un mal funcionamiento en el equipo de anclaje, cuya funcin principal es la de sujetar la bomba con la tubera de produccin.Se debe llamar al equipo de R.T.P. Para que realice una prueba de re-anclaje.

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CAUSAPROBLEMASOLUCIONFALTA DE NIVEL DINMICO.Una de las causas que originan esta falla son demasiadas emboladas en la unidad de bombeo mecnico.Esto se corrige ajustando la velocidad para obtener las emboladas correctas.PROBLEMAS EN EL MOTORSe presenta cuando hay una prdida de fase en las lneas de energa que alimentan al motor.la principal consecuencia es que el motor se puede quemar, y lo nico que se puede hacer es el cambio de motor.FUGA EN LAS VLVULAS (DE PIEY VIAJERA).Se origina principalmente por un asentamiento inadecuado en alguna de las canicas o por un desgaste excesivo del mbolo o barril.La solucin para esta anomala es mediante la extraccin de la bomba para reponer las piezas daadas.

El bombeo mecnico a nivel mundial es el mas aplicado, en la produccin de crudos pesado y extra pesados ,aunque tambin se usa en la produccin de crudos medianos y livianos.

El bombeo mecnico no se recomienda en pozos desviados tampoco es recomendable cuando la produccin de solidos y/o la relacin gas liquido sea muy alta ,ya que afecta la eficiencia de la bomba.

Otra de las limitantes de este sistema es la profundidad, pues mientras ms profundo es el pozo, mayor es el peso de la sarta y por lo tanto, se requiere un equipo ms grande para el levantamiento de los fluidos, como consecuencia aumenta el costo de instalacin adicional al riesgo que se corre a que se rompa o desprenda la sarta de varillas.

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INGENIERA DE PETRLEOSFrancisco A. lvarez Lacayo y Jos Manuel Vega C. Tesis de Grado. ANLISIS DE FALLA EN LOS SISTEMAS DE BOMBEO MECNICO DEL CAMPO CANTAGALLO, Universidad industrial de Santander, escuela de ingeniera de petrleos, bucaramanga,2008.

Rafael ulrich rodrguez zambrano, Tesis de Grado. OPTIMIZACIN DEL BOMBEO MECNICO DEL CAMPO TIGRE. ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL, Facultad de Ingeniera en Ciencias de la Tierra, GUAYAQUIL ECUADOR, 2000.

DISEO DE INSTALACIONES DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR BOMBEO MECNICO. 2001,(CIED) PDVSA.

BOMBEO MECNICO OPTIMIZACIN, DIAGNSTICO Y OPERACIN DICTADO. Ing. Hctor Partidas. 2003. Instalaciones de PDVSA. San Tom Edo. Anzotegui Venezuela.

**. Cerca de la mitad de la energa dentro del sistema se pierde en calor, friccin y fuga de fluidos. Si la bomba esta defectuosa, si la unidad est severamente fuera de balance, o si la tubera tiene una fuga, las prdidas de energa aumentan y la eficiencia del sistema disminuye. ** LA BOMBA DE SU SUBSUELO AYUDA A DISMINIR LA PRESION A MEDIDA QUE CREA UN GRADIENTE DE PRESION FAVORABLE A MEDIDA QUE ELTRA FLUIDO AL BARRIL. *La funcin de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotacional de la unidad motriz al movimiento ascendente-descendente de la barra pulida.

*Son de facil operacin y minimo mantenimiento.Su principio de funcionamiento est basado en la transmisin del movimiento rotativo del motor por medio de correas a la caja de transmisin, la cual reduce la velocidad a travs del sistema de engranajes.

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