El bombeo mecanico

Introducción

El bombeo mecánico es el método de
producción primaria mediante elevación artificial
del fluido que se encuentra en el pozo y que por falta de
energía no puede surgir a superficie. Es uno de los
métodos más utilizados a nivel mundial (80-90%).
Consiste en una bomba de subsuelo de acción reciprocante
que es abastecida con energía transmitida a través
de una sarta de varillas (cabillas). La energía proviene
de un motor eléctrico o de combustión interna, la
cual moviliza a una unidad de superficie mediante un sistema de
engranaje y correas.

El bombeo mecánico es un procedimiento de
succión y transferencia casi continua del petróleo
hasta la superficie. La unidad de superficie imparte el
movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de
succión que mueve el pistón de la bomba, colocada
en la sarta de producción, a cierta profundidad del fondo
del pozo .El Bombeo Mecánico Convencional tiene su
principal aplicación en el ámbito mundial en la
producción de crudos pesados y extra pesados, aunque
también se usa en la producción de crudos medianos
y livianos. No se recomienda en pozos desviados y tampoco es
recomendable cuando la producción de sólidos y/o la
relación gas–líquido sean muy alta, ya que
afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

Levantamiento
artificial por bombeo mecánico

¿En qué
consiste?

El bombeo mecánico es el método más
usado en el mundo. Consiste una bomba de subsuelo de
acción reciprocante, que es abastecida con energía
producida a través de una sarta de cabillas. La
energía es suministrada por un motor eléctrico o de
combustión interna colocada en la superficie. Tiene su
mayor aplicación mundial en la producción de crudos
pesados y extra pesados, aunque también se utiliza en la
producción de crudos medianos y livianos.

La función principal de la unidad de bombeo
mecánico es proporcionar el movimiento reciprocante
apropiado, con el propósito de accionar la sarta de
cabillas y estas, la bomba de subsuelo. La unidad de bombeo, en
su movimiento, tiene dos puntos muy bien definidos: muerto
superior y muerto inferior.

Cuando el balancín está en el punto muerto
inferior sus válvulas fija y viajera se hallan cerradas.
Al comenzar la carrera ascendente, la presión de fondo y
el efecto de succión del pistón permite la apertura
de la válvula fija; el fluido pasa del pozo hacia el
interior de la bomba. Al mismo tiempo, la columna de fluido
ejerce una presión sobre la válvula viajera y
permanecerá cerrada durante la carrera
ascendente.

VENTAJAS

• Gracias al desarrollo de simuladores, hoy en
  día es muy fácil el análisis y
  diseño de las instalaciones.

• Puede ser usado prácticamente durante toda la
  vida productiva del pozo.

• La capacidad de bombeo puede ser cambiada
  fácilmente para adaptarse a las variaciones del
  índice de productividad, IPR.

• Puede producir intermitentemente mediante el uso de
  temporizadores (POC´s) o variadores de frecuencia
  conectados a una red automatizada.

• Puede manejar la producción de pozos con
  inyección de vapor.

DESVENTAJAS

• Susceptible de presentar bloque por excesivo gas
  libre en la bomba.

• En pozos desviados la fricción entre las
  cabillas y la tubería puede inducir a fallas de
  material.

• La unidad de superficie es pesada, necesita mucho
  espacio y es obtrusiva al ambiente.

• En sitios poblados puede ser peligrosa para las
  personas.

• Cuando no se usan cabillas de fibra de vidrio, la
  profundidad puede ser una limitación.

APLICACIONES

• Pozos de profundidades hasta 8000 pies (no mayores a
  9000 pies).

• Pozos de crudos extrapesados, pesados, medianos y
  livianos.

• No es recomendable aplicar en pozos que producen
  altos volúmenes de gas.

• Puede realizar levantamientos de crudos a altas
  temperaturas, así como de fluidos viscosos.

• No debe existir presencia de arena.

• Solo en pozos unidireccionales.

• Se puede usar en pozos desviados.

• Este método de levantamiento se encuentra
  entre 20 y 2000 (BPPD).

EPM (embolas por
minutos)

Estas son las cifra de repeticiones continuas del
movimiento ascendente y descendente (emboladas) que mantienen el
flujo hacia la superficie. Como en el bombeo mecánico hay
que balancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el
contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo
balancín o en la manivela. Los diámetros de la
bomba varían de 25,4 a 120 milímetros. El
desplazamiento de fluido por cada diámetro de bomba
depende del número de emboladas por minuto y de la
longitud de la embolada, que puede ser de varios
centímetros hasta 9 metros.

Existen instrumentos que contabilizan el número
de emboladas, donde se demuestran en pantallas de cristal
líquido (LCD), estos aparatos monitorean y presentan la
velocidad del número de emboladas por minuto (EPM) y el
número total de emboladas de las bombas. Se calcula de la
velocidad de cada embolada y actualiza la pantalla de velocidad
de bombeo de cada segundo, contabiliza aproximadamente de 6 a 350
emboladas por minuto y de 0 a 9999emboladas totales acumuladas.
El Contador de emboladas es accionado por medio de una
batería con una vida útil de 3 años. El
control de la unidad es por medio de cristales, razón por
la cual no requiere de calibración. Presenta
también, un indicador de bajo voltaje de la batería
y un sistema único de paro total en situaciones donde se
presente un voltaje extremadamente bajo, para prevenir
daños a las pantallas LCD.

La caja, construida en acero inoxidable, es resistente
al agua. Todos los letreros se gravan permanentemente en la caja.
El paquete completo está diseñado para operar en
forma confiable en el medio ambiente de perforación de
pozos petroleros, con altas vibraciones y uso constante, tanto en
localizaciones en tierra como costa afuera

LONGITUD DE CARRERA

Distancia que recorre el vástago desde el tope
hasta el fondo, con un diámetro ya establecido, una
carrera larga por ejemplo, puede llegar hasta 9.3 metros se debe
hacer lo posible por trabajar a bajos ciclos por minuto esto
permite un completo llenado de la bomba y una menor carga
dinámica, pero cuando la carrera es muy larga el esfuerzo
mecánico del vástago y de los cojinetes es
demasiado grande, para evitar el riesgo de pandeo, si las
carreras son grandes deben adoptarse vástagos de
diámetros superior a lo normal. Además al prolongar
la carrera de distancia entre cojinetes aumenta, y con ello,
mejora la guía del vástago.

Equipos a nivel
de superficie

Motor: Es el encargado de suministra la energía
necesaria a la unidad de bombeo para levantar los fluidos de
pozo. Es motores pueden ser de combustión interna o
eléctricos.

Caja de engranaje: Se utiliza para convertir
energía del momento de rotación, sometidas a altas
velocidades del motor primario, a energía de momento de
rotación alto de baja velocidad. La maquina motriz se
conecta al reductor de velocidad (caja de engranaje) mediante
correa. El reductor de velocidad puede ser: Simple, doble o
triple. La reductora doble es la más usada.

Manivela: Es la responsable de trasmitir el movimiento
de la caja de engranaje o transmisión a la biela del
balancín, que está unida a ellos por pínes
se están sujetas al eje de baja velocidad de la caja de
engranajes y cada una de ellas tienen un número igual de
orificios, los cuales representan una determinada carrera del
balancín, en ellos se colocan los pines de sujeción
de las bielas. El cambio de pines de un hueco a otro se llama
cambio de tiro.

Pesas o contrapeso: Se utiliza para balancear las
fuerzas desiguales que se originan sobre el motor durante a las
carreras ascendente y descendente del balancín a fin de
reducir la potencia máxima efectiva y el momento de
rotación. Estas pesas generalmente, se colocan en la
manivela y en algunas unidades sobre la viga principal, en el
extremo opuesto el cabezote.

Prensa estopa: Consiste en una cámara
cilíndrica que contienen los elementos de empaque que se
ajustan a la barra pulida permitiendo sellar el espacio existente
entre la barra pulida y la tubería de producción,
para evitar el derrama de de crudo producido.

Unidad de bombeo: Su función principal es
proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el
propósito de accionar la sarta de cabilla y estas, la
bomba de subsuelo Mediante la acción de correas y
engranajes se logra reducir las velocidades de
rotación.

Equipos a nivel
de subsuelo

El equipo de subsuelo es el que constituye la parte
fundamental de todo el sistema de bombeo. La API ha certificado
las cabillas, las tuberías de producción y bomba de
subsuelo.

Tubería de Producción: La tubería
de producción tiene por objeto conducir el fluido que se
está bombeando desde el fondo del pozo hasta la
superficie. En cuanto a la resistencia, generalmente la
tubería de producción es menos crítica
debido a que las presiones del pozo se han reducido
considerablemente para el momento en que el pozo es condicionado
para bombear.

Cabillas o Varillas de Succión: La sarta de
cabillas es el enlace entre la unidad de bombeo instalada en
superficie y la bomba de subsuelo. Las principales funciones de
las mismas en el sistema de bombeo mecánico son:
transferir energía, soportar las cargas y accionar la
bomba de subsuelo.

Anclas de Tubería: Este tipo está
diseñado para ser utilizados en pozos con el
propósito de eliminar el estiramiento y compresión
de la tubería de producción, lo cual roza la sarta
de cabillas y ocasiona el desgaste de ambos. Normalmente se
utiliza en pozos de alta profundidad. Se instala en la
tubería de producción, siendo éste el que
absorbe la carga de la tubería. Las guías de
cabillas son acopladas sobre las cabillas a diferentes
profundidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias
anteriores de un elevado desgaste de tubería.

Bomba de Subsuelo: Es un equipo de desplazamiento
positivo (reciprocante), la cual es accionada por la sarta de
cabillas desde la superficie. Los componentes básicos de
la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran
precisión para asegurar el intercambio de presión y
volumen a través de sus válvulas. Los principales
componentes son: el barril o camisa, pistón o
émbolo, 2 o 3 válvulas con sus asientos y jaulas o
retenedores de válvulas.

Pistón: Su función en el sistema es
bombear de manera indefinida. Está compuesto
básicamente por anillos sellos especiales y un lubricante
especial. El rango de operación se encuentra en los 10K
lpc y una temperatura no mayor a los 500°F.

BOMBAS DE SUBSUELO

Es el primer elemento que se debe considerar al
diseñar una instalación de bombeo mecánico
para un pozo, ya que del tipo, tamaño y ubicación
de la bomba depende el resto de los componentes. Es una bomba de
desplazamiento positivo.

Tipos de bombas de subsuelo

BOMBAS DE TUBING (TH): Son bombas resistentes
en su construcción y simples en su diseño. El
barril se conecta directamente al tubing y la sarta de varillas
se conecta directamente al pistón. En la parte inferior
del barril se ubica un niple de asiento, que alojará la
válvula fija. Una de las posibilidades es bajar la
válvula fija con un pescador acoplado a la parte inferior
del pistón, hasta fijarla al niple. Luego el pistón
se libera de la válvula fija, rotándolo en sentido
contrario a las agujas del reloj. La bomba TH provee el
máximo desplazamiento de fluido para una determinada
cañería de producción, el diámetro
del pistón es ligeramente menor que el diámetro
interno del tubing. De estructura robusta, el barril de pared
gruesa está conectado directamente al tubing por un niple.
Las varillas se conectan directamente a la jaula superior del
pistón, eliminando la necesidad de usar vástago.
Las ventajas de esta bomba la hacen una de las más
utilizadas por los productores en pozos que no requieren
frecuentes intervenciones.

Como factores limitativos se puede señalar que:
Para cambiar el barril hay que sacar todo el tubing. No es lo
más aconsejable para pozos con gas, ya que tiene un gran
espacio nocivo debido al pescador de la válvula fija, lo
que en este caso reduce la eficiencia de la bomba. Los grandes
volúmenes desplazados hacen que las cargas en las varillas
y el equipo de bombeo sean muy importantes. Estas cargas
también provocan grandes estiramientos de tubing y
varillas con consecuencias en la carrera efectiva de la
bomba.

BOMBAS INSERTABLES (RH / RW): Su característica
principal es que se fijan al tubing mediante un sistema de
anclaje, por lo cual para retirarlas del pozo no es necesario
sacar el tubing, ahorrando en esta operación, más
del 50 % de tiempo. Para su instalación, se debe colocar
en el tubing un elemento de fijación denominado niple de
asiento. Posteriormente se baja la bomba mediante la sarta de
varillas, hasta que el anclaje de la bomba se fija al asiento,
quedando ésta en condiciones de operar. El uso ampliamente
difundido de estas bombas ha llevado al diseño de una gran
variedad de opciones en bombas insertables, entre
otras:

BOMBA DE BARRIL MÓVIL CON PARED FINA O GRUESA
(RWT – RHT): La particularidad de esta bomba es que el
elemento móvil es el barril con su válvula, en
lugar del pistón. En este caso, el pistón
está anclado al asiento mediante un tubo hueco denominado
tubo de tiro. Las válvulas fija y móvil
están ubicadas en la parte superior del pistón y
del barril respectivamente. El movimiento del barril, en su
carrera ascendente y descendente, mantiene la turbulencia del
fluido hasta el niple de asiento, imposibilitando que la arena se
deposite alrededor de la bomba aprisionándola contra el
tubing. Al tener la válvula móvil en la jaula
superior del barril, en caso de pararse el pozo por alguna causa,
la válvula se cerrará impidiendo el asentamiento de
la arena dentro de la bomba, lo cual es de suma importancia ya
que sólo una pequeña cantidad de arena depositada
sobre el pistón es suficiente para que éste se
aprisione al barril cuando la bomba se ponga en marcha
nuevamente.

Las siguientes son importantes ventajas de este
diseño:

• Las varillas se conectan directamente a la jaula
  superior del barril, que es mucho más robusta que la
  jaula superior del pistón.

• Ambas válvulas tienen jaulas abiertas que
  permiten un mayor pasaje de fluido.

• Por ser una bomba de anclaje inferior, las presiones
  dentro y fuera del barril son iguales, haciéndola
  más resistente al golpe de fluido.

Se pueden considerar como limitaciones las
siguientes:

• No es aconsejable en pozos con bajo nivel
  dinámico debido a la mayor caída de
  presión entre el pozo y la cámara de la bomba,
  producida por la circulación del fluido en el interior
  del tubo de tiro.

• Como la válvula fija está en el
  pistón, es de menor dimensión que la
  válvula fija de una bomba de barril estacionario. Si,
  debido a la profundidad, el peso del fluido es importante
  puede llegar a pandear el tubo de tiro.

BOMBA BARRIL DE PARED FINA O GRUESA CON ANCLAJE INFERIOR
(RWB–RHB): En este tipo de bomba el anclaje está
colocado por debajo de la válvula fija del barril, por lo
tanto las presiones dentro y fuera del barril en la carrera
descendente son iguales y la profundidad no debiera ser un
inconveniente. Una excepción es el caso en que, por
excesiva restricción en la válvula de entrada
(fluido muy viscoso u obturación parcial de la
válvula), el barril no se llena completamente durante la
carrera ascendente, disminuyendo la presión en el interior
del mismo y produciendo la falla por abolladura o colapso. Es
ideal para pozos con nivel dinámico de fluido bajo, no
sólo porque la entrada a la bomba está muy
próxima a la válvula del barril, sino
también porque esta válvula es mayor que la
correspondiente a la RHT y RWT. Ambas condiciones mejoran
notablemente el llenado de la bomba.

El inconveniente más importante se produce en
pozos con presencia de arena, la cual decanta y se deposita entre
el barril y el tubing desde el anclaje inferior hasta la parte
superior de la bomba, impidiendo la extracción de la
misma. Esta situación obliga a la extracción del
tubing lleno de petróleo. Debido a que el barril
está abierto en la parte superior, y en caso de
operaciones intermitentes durante la parada del equipo, la arena
u otros elementos se pueden introducir en el interior de la
bomba, bloqueando el pistón en el arranque.

BOMBA BARRIL DE PARED FINA O GRUESA CON ANCLAJE SUPERIOR
(RWA–RHA): Las bombas de anclaje superior son extensamente
usadas en el bombeo de fluidos con arena. Por su diseño,
la descarga de fluido de la bomba se produce prácticamente
a la altura del anclaje evitando el depósito de arena
sobre el mismo y por lo tanto el aprisionamiento de la bomba.
Debe prestarse especial atención en las instalaciones
profundas, sobre todo en el caso de barriles de pared fina, ya
que la presión interior durante la carrera descendente es
a menudo muy superior a la exterior creando riesgo de
reventón del barril. En esta breve descripción de
equipos, ventajas y limitaciones de los mismos y variedad de
aplicaciones, se puede apreciar que la tarea de seleccionar la
bomba más adecuada puede resultar bastante
compleja.

Especificaciones de las bombas de
subsuelo

Cabillas

Tipos de cabillas

Cabillas api o convencionales: Existen tres
tipos de cabillas API de acuerdo al material de su fabricante C.,
D, K. Las longitudes de las cabillas pueden ser de 25 o 30 pies,
utilizando niples de cabillas (tramos de cabillas de menor
longitud), en los casos que ameriten para obtener la profundidad
de asentamiento de la bomba, otros elementos adicionales de la
sarta de cabilla s podrían ser una barra (Sinker Bar),
diseñado para adicionar peso al colocar en la parte
inferior de la barras de peso es de 1 ½ a 2 pulgadas. En
pozos productores de crudo pesado; donde se crea una especie de
colchón que aumenta el efecto de flotación de las
cabillas durante su carrera descendiente, dificultando el
desplazamiento del pistón dentro del barril de la bomba 0,
con una consecuente disminución de la eficiencia
volumétrica de la bomba, es ventajoso utilizar barra de
peso en la sarta de cabillas, ya que facilita el desplazamiento
de crudo viscoso al mantener tensión en la sarta de
cabillas.

Cabillas no api o continuas: Son aquellas
cabillas que no cumplen con las normas API, ellas son; Electra,
continuas, fibra de vidrio dentro de las cuales las más
usadas son las cabillas continuas, su elongación es 3.8
veces mayor que las cabillas de acero para la igual carga y
diámetro.

Ventajas

• a) La ausencia de cuellos y uniones elimina la
  posibilidad de fallas por desconexión.

• b) La falta de uniones y protuberancias elimina
  la concentración de esfuerzos en un solo punto y
  consiguiente desgaste de la unión y de la
  tubería de producción.

• c) Por carecer de uniones y cuellos, no se
  presentan los efectos de flotabilidad de cabillas.

Desventajas

• a) Presentan mayores costos por pies que las
  cabillas convencionales.

• b) En pozos completados con cabillas continuas
  y bomba de tubería, la reparación de la misma
  requiere de la entrada de una cabria convencional

Especificaciones de las Cabillas

• Se fabrican en longitudes de 25 pies, aunque
  también pueden manufacturarse de 30 pies.

• Se dispone de longitudes de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 y
  12 pies denominados por lo general niples de cabilla´
  que se utilizan para complementar una longitud determinada y
  para mover la localización de los cuellos de cabillas,
  a fin de distribuir el desgaste de la tubería de
  producción.

• Se fabrican en diámetros de 5/8, 3/4, 7/8, 1,
  1-1/8 de pulgadas

Diagrama de
Goodman

El sistema de bombeo mecánico (sucker rod
pumping) requiere de varillas de bombeo para poder transmitir el
movimiento alternativo desde la superficie al pistón de la
bomba. Durante este proceso alternativo, las varillas de bombeo
están sometidas a cargas máximas y mínimas,
pasando por estados intermedios. Este sometimiento a cargas
cíclicas tiende a llevar al material a la fatiga del
mismo, lo que entre otras cosas provocará una
modificación en su límite máximo en lo que
respecta a la tensión máxima admisible (ya no
regirá la tensión admisible en condiciones
estáticas).

Si bien no existe una relación que nos permita
conocer el comportamiento en fatiga de un acero con datos
estáticos, se han logrado buenas aproximaciones. Goodman
recopiló y generalizó los ensayos de Wöhler y
los resumió en un diagrama, el Diagrama de Goodman que
establece la zona de trabajo segura para cada material y para un
número dado de ciclos. A continuación se presenta
una planilla de cálculo que permite calcular y graficar
las tensiones mínimas, máximas y las admisibles
para distintos tramos de varillas de bombeo, basado en el
Diagrama de Goodman modificado por el API.

UNIDADES DE SUPERFICIE

• Unidad de bombeo hidráulico (ubh)

El motor mueve una bomba hidráulica, para que
mediante el sistema hidráulico se muevan en forma
reciprocante unos cilindros (gatos
hidráulicos).

• Unidad de balancín (bimba)

En una BIMBA el motor mediante la reducción de
engranes hace girar las manivelas y que a su vez mueven el
balancín.

• Dinámica de balanceo

El peso de la sarta de varillas, la sarta y la columna
de fluidos desequilibran la fuerza necesaria para el movimiento
reciprocante, es decir, se requiere mucha fuerza para levantar el
aparejo, y solo de la gravedad para bajarlo.

Para disminuir este esfuerzo el peso del aparejo se
equilibra o balancea con masas de acero (contrapesos), en el caso
de las BIMBA y de la UBH, con la fuerza que proporciona el
nitrógeno a presión.

Una vez balanceado, solo es necesaria poca fuerza para
subir y bajar la bomba en el fondo, esto reduce por mucho el
consumo de energía necesaria.

TIPOS DE BALANCIN.

• Unidad Convencional

Es el más antiguo y usado en la industria. Las
unidades convencionales basan su geometría en un sistema
de palanca CLASE I, es decir, con un punto de apoyo en medio de
la viga balancín. La rotación de la manivela puede
ser en ambas direcciones.

Ventajas

• a) Bajo costo de mantenimiento.

• b) Costos menores que otro tipo de
  unidades.

• c) Puede girar en sentido de las agujas del
  reloj y de forma contraria.

• d) Puede bombear más rápido que
  la Mark II sin problemas.

• e) Requiere menos balanceo que la Mark
  II.

Desventajas

• a) Para muchas aplicaciones, no es tan
  eficiente como la Mark II.

• b) Puede requerir una caja de velocidades mayor
  que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de
  acero).

• Unidad Mark II

Las unidades Mark II basan su geometría tres
ciertas características, las cuales reducen el torque y la
carga con respecto a una unidad convencional. Estas
son:

• La ubicación de la caja reductora.

• Un punto de apoyo en el extremo de la
  unidad.

• Una manivela desfasada.

Adicionalmente los costos del tamaño de motor y
electricidad pueden ser reducidos.

Ventajas

• a) Tiene bajo torque en muchos casos (con
  varillas de acero)

• b) Puede bajar entre 5 y 10% los costos,
  comparada con el siguiente tamaño de la unidad
  convencional.

Desventajas

• a) En muchas aplicaciones no puede bombear tan
  rápido como la convencional.

• b) Puede girar solamente en sentido contrario a
  las agujas del reloj.

• c) Puede causar mas daño a las varillas
  y bomba en caso de fluido pesado.

• Unidad Balanceada por Aire

La utilización de aire comprimido en vez de
pesadas manivelas y contrapeso, el sistema de aire ha sido tan
simplificado que las únicas partes de funcionamiento
continuo son el cilindro y el pistón equilibrio. Como
resultado el tamaño de la unidad es considerablemente
más pequeño, minimizando los costos de traslado y
montaje.

Ventajas

• a) Es más compacta y fácil de
  balancear que las otras unidades.

• b) Los costos de envío son más
  bajos que otras unidades (debido a que pesa
  menos).

• c) Puede rotar tanto en sentido horario como
  antihorario.

Desventajas

• a) Son más complicadas y requieren mayor
  mantenimiento (compresor de aire, cilindro de
  aire).

• b) La condensación del aire en el
  cilindro puede constituir un serio problema.

• c) La caja de engranaje podría
  dañarse si el cilindro pierde la presión del
  aire.

• Unidad Reverse Mark II

Esta unidad ofrece una alternativa mejorada al
diseño y geometría de las unidades convencionales.
A pesar de las similitudes en la apariencia, la geometría
de las unidades Reverse Mark II pueden reducir el torque y los
requerimientos de potencia en muchas aplicaciones de
bombeo.

• Unidad de Bombeo Churchill

Disponibles únicamente por el fabricante Lufkin,
estas ofrecen la misma dureza y resistencia que las unidades
convencionales. Han sido utilizadas regularmente en pozos poco
profundos.

• Unidades de Bombeo de Bajo Perfil

Unidades de bombeo compactas diseñadas para la
instalación en campos de irrigación con sistemas de
aspersores móviles o en aéreas urbanas donde las
características del bajo perfil serian
deseadas.

• Unidades de Bombeo Rotaflex

Utiliza tecnología probada en innovación
en el diseño para proveer una eficiencia excelente y
eficacia en los costos para pozos profundos, problemáticos
y de alto potencial.

El Rotaflex cumple casi a la perfección con la
situación ideal para bombeo mecánico: carrera larga
y baja velocidad. Esta combinación asegura un mejor
llenado de la bomba y carga parasitas muy bajas
(aceleración, fricción mecánica y viscosa) y
por eso la carta de superficie de instalación con
Rotaflex, es casi parecida a la ideal.

Características para reducir
significativamente los costos de levantamiento con diseños
de carreras largas:

• Manejo eficiente de altos volúmenes, mayores
  cargas y desviación de pozos.

• Reduce el desgaste y las cabillas en las
  tuberías. Incrementando la vida
  útil.

• Menos ciclos.

• Aumento en la eficiencia del sistema.

• Fácil de instalar y hacer
  servicio.

• Torques menores, lo que se traduce en menores
  requerimientos de energía.

• Reducción significativa de las cargas
  dinámicas. Resultando en menores costos
  operacionales.

• Proporciona una mejor razón de
  compresión a la bomba lo que minimiza problemas de
  bloqueo por gas.

• Facilidad para balancearlo ya que esta
  operación consiste simplemente en quitar o agregar
  bloques a la caja de contrapeso.

• Unidad de Bombeo Dynapump

Es un sistema de unidad de bombeo computarizado. Utiliza
sensores electrónicos, equipamiento hidráulico y
sistemas de monitoreo computarizado con el propósito de
extraer petróleo lo mas eficientemente posible para pozos
profundos como para pozos someros.

El Dynapump consiste en dos componentes principales, que
son la unidad de bombeo y la unidad de potencia. La unidad de
potencia maneja la unidad de bombeo y es el control central del
sistema. Este consiste en una computadora controlada con un
sistema de modem radio, electrónica solida, controladores
de motor y bombas hidráulicas.

Motores

La función del motor es suministrar la
energía que el sistema de bombeo necesita para moverse. La
potencia del motor depende de la profundidad de la bomba, nivel
del fluido, de la velocidad de bombeo y del balanceo de la unidad
y demás características propias del pozo,
normalmente se usan dos tipos de motores, unos eléctricos
y otros de combustión interna podemos definirlo de la
siguiente manera.

Un motor eléctrico es una máquina
eléctrica que transforma energía eléctrica
en energía mecánica por medio de campos
electromagnéticos variables. Algunos de los motores
eléctricos son reversibles, pueden transformar
energía mecánica en energía eléctrica
funcionando como generadores

Un motor de combustión
interna, es un tipo de máquina que
obtiene energía mecánica directamente de
la energía química de
un combustible que arde dentro de una cámara de
combustión. Su nombre se debe a que dicha
combustión se produce dentro de la máquina en
sí misma, a diferencia de, por ejemplo,
la máquina de vapor.

Cartas
dinagráficas

La producción petrolera requiere cada día
instrumentos de análisis muy sofisticados que le permitan
mantener su ritmo y sus costos.

Una de las herramientas más usadas en el
diagnóstico operacional de pozos de bombeo mecánico
es el de las Cartas Dinagráficas de Fondo. Estas cartas
son curvas de esfuerzo versus desplazamiento de la cabilla de la
bomba pero calculadas en el fondo del pozo a partir de datos
tomados en la superficie. Para este cálculo uno de los
métodos más usados es el de la solución de
la ecuación de onda de la cabilla, método
desarrollado por Gibbs en los años sesenta.

La acertada identificación de problemas de fondo
es esencial en el bombeo mecánico para lograr una
producción óptima y reducir los costos de
operación y mantenimiento. Es necesario desarrollar y
aplicar metodologías que permitan identificar de forma
rápida problemas que puedan afectar la operación.
La condición mecánica y desempeño del equipo
de fondo (sarta de varillas, bomba, válvulas, entre otros
componentes) y las propiedades físicas del pozo, como
interferencia de gas y fugas en las bombas, pueden ser evaluadas
utilizando cartas dinagráficas.

Se presenta una metodología de análisis de
fallas y condiciones de operación del sistema de bombeo,
que incluye el desarrollo de un software de análisis
basado en redes neuronales para identificar problemas en el
sistema usando dinagramas de fondo.

El sistema desarrollado permitió identificar un
conjunto de los problemas más comunes con una alta
precisión y es una herramienta que podría asistir a
ingenieros y personal de operaciones en los trabajos diarios en
sistemas de bombeo mecánico. Adicionalmente, fue
desarrollada una funcionalidad básica para identificar las
cartas más cercanas de acuerdo a características
estadísticas y geométricas, la cual puede ser usada
como punto de partida para desarrollar un sistema inteligente
para predecir potenciales fallas a futuro.

LIDESoft, S.A., conjuntamente con PROYTEK, S.A., ha
desarrollado prototipos de software y hardware para hacer este
tipo de cálculos y mostrarlo a operadores en forma
gráfica para su inmediato análisis y estudio. Para
ello se desarrolló una interfaz con protocolo Modbus que
permite leer los datos de la carta de superficie de una unidad
remota de adquisición de datos. Estos datos son procesados
por lote en un computador para resolver la ecuación de
onda particular de ese pozo y mostrar la carta de
fondo.

El desarrollo está hecho tanto en lenguaje C como
en Python para asegurar rapidez de ejecución y
versatilidad en el mantenimiento del código del programa.
Se usan además poderosas librerías en software
libre que permiten el análisis de los datos sin importar
si la máquina cliente es en Windows o en Linux. La unidad
remota usada es la Sixnet IPM la cual es programada en C y cuenta
con ambiente linux incorporado.

Diseño de
una competición de pozo con bombeo
mecánico

Este sistema de levantamiento artificial es el
más antiguo y el más utilizado en el mundo, debido
principalmente a los bajos costos operativos, facilidad operativa
y bajos riesgos de derrame por ser una operación a baja
presión. El sistema es accionado por un motor a diesel o
eléctrico, que alimenta la potencia necesaria por
movimiento rotacional. La unidad de transmisión transfiere
la energía suministrada por el motor a través de
correas y engranajes al balancín, el cual transforma dicha
energía en movimiento armónico simple. Este
movimiento es transferido desde el balancín a la barra
pulida y de ésta a la sarta de varillas quien a su vez
acciona la bomba de subsuelo y finalmente por diferencia de nivel
desplaza el fluido por la tubería de producción
hacía la superficie.

El bombeo mecánico generalmente consiste en el
balancín, el cabezal del pozo, el vástago pulido,
las cabillas, el cuello de las cabillas y la bomba
mecánica. El sistema de bombeo mecánico está
constituido principalmente por:

EQUIPO DE SUPERFICIE

• Unidad de bombeo (Balancín)

• Motor de la unidad

• Cabezal del pozo

• Barra pulida

EQUIPO DE SUBSUELO

• Tubería de producción

• Sarta de varillas

• Bomba de subsuelo

• Ancla de gas

• Ancla de tubería

Completación de pozos con bombeo
mecánico

Conclusión

La aplicación del bombeo mecánico, como
método de producción de fluidos constituye un
factor relevante dentro de la industria petrolera. Cuando los
yacimientos han declinado su presión a tal punto que no
producen de manera artificial, habrá un efecto causado por
las presiones capilares que pueden hacer que un cierto volumen de
fluido se eleve a una cierta profundidad del pozo, y es en este
momento cuando la utilización de las unidad de bombeo
mecánico que este en uso, tiene la función de
terminar de levantar esa columna de fluidos que se elevo hasta
cierta profundidad del pozo.

El uso de cada una de las unidades de superficies
(Balancín) como método de recuperación
secundaria, debe depender de ciertos parámetros a evaluar.
Estos parámetros son la productividad que tenga el equipo
de manejar la producción disponible y de soportar las
cargas generadas por los fluidos y equipos de bombeo del pozo,
así como también los niveles de profundidad a los
que estarán sometidos y en los cuales influye los
esfuerzos de tensión, elongación y peso. El
objetivo principal siempre es recuperar la mayor cantidad de
hidrocarburos de la formación, de acuerdo al programa de
producción, la demanda y la capacidad
instalada.

Autor:

Yasmarin

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE
PETRÓLEO

PRODUCCIÓN DE
HIDROCARBUROS

MATURÍN, NOVIEMBRE DE
2012