Pasos A Seguir para El Diseño de Bombeo Mecánico
Pasos A Seguir para El Diseño de Bombeo Mecánico
Pasos A Seguir para El Diseño de Bombeo Mecánico
donde,
= gradiente del fluido en condiciones dinámicas
= profundidad en el punto medio de las perforaciones.
Despejando, obtenemos:
Ps
Pwf
Pb
QL Qmax
CABILLAS
TUBERIA DE
PRODUCCION
PISTON
FIT
BARRIL
VALVULA
VIAJERA
ANCLAJE O VALVULA
ZAPATA FIJA
3: Tipo de bomba
R = bombas de cabillas
T = bombas de tubería. Estas bombas no son utilizadas en la Unidad de
Producción de Occidente de PDVSA.
4: Tipo de camisa
W = camisa de pared delgada
H = camisa de pared gruesa
L = camisa reemplazable
7: Tipo de anclaje
F = Anillo de fricción
M = Mecánico
Tipos de bomba
Los tipos de bomba vienen determinados básicamente por las celdas
2,3,4,5, y 6 de la nomenclatura general. En base a ello se describen a
continuación ventajas y desventajas los tipos de bomba para facilitar su selección.
A. SRWB-TS
Es una bomba de cabillas, de pared delgada, cuyo mecanismo de asiento
esta ubicado en la parte inferior del tubo del barril (barril estacionario). Se usa
cuando los pozos están siendo producidos a su máximo o cuando producen con
una alta relación gas-petróleo. Estas bombas suministran una segunda etapa
(anular) de compresión más pequeña para comprimir más aún la mezcla de gas y
líquido. Se utiliza en pozos someros.
Ventajas
Recomendada para crudos viscosos si se usa válvula fija sobredimensionada
(oversize)
Buena área expuesta al flujo
Pueden instalarse con pistones entre 6 y 24 pulgadas (pequeños)
Es más económica que el resto de las bombas
Recomendada para pozos con alto contenido de gas o con inyección de vapor
Desventajas
No es recomendable para pozos profundos ya que requiere ser espaciada en
ambos extremos de la bomba (válvula fija - válvula viajera).
No es recomendable para pozos con arena.
B. ARHB
Es la versión SIS de la bomba API RHB. Su principal ventaja es que puede
ser utilizada en pozos profundos. Además, maneja mayores tasas que el resto de
las bombas mecánicas y crudos viscosos.
C. RWT
Es una bomba de cabillas, de pared delgada. Se caracteriza porque el tubo
del barril es el que viaja y el émbolo permanece estacionario (letra “T” en
nomenclatura). Es anclada en la parte inferior. Se utiliza en pozos someros.
Ventajas
Recomendada para pozos intermitentes, productores de arena
Es de construcción resistente
Resistente en pozos con golpe de fluido
Desventajas
No se recomienda para pozos con problemas de gas
No se recomienda para pozos con bajos niveles estáticos de fluido
No se recomienda para pozos profundos.
D. RWB
Es una bomba de cabillas, de pared delgada, cuyo mecanismo de asiento
esta ubicado en la parte inferior del tubo del barril (barril estacionario). Se utiliza en
pozos someros.
Ventajas
Puede usarse en pozos profundos
Recomendada para pozos con bajo nivel estático
Resistente a altas presiones
Se puede utilizar para pozos con alta relación gas-petróleo
Desventajas
No se recomienda para pozos productores de arena
Es más costosa que la bomba RWT
E. RWA / RHA
Son bombas de cabillas con pared gruesa y delgada (RHA y RWA
respectivamente), con anclaje en la parte superior. Por su alto costo no son
utilizadas en la División de Occidente.
Tabla 1. Diámetro del pistón y carrera del balancín en función de la tasa esperada
El siguiente gráfico contiene los mismos datos de la tabla anterior, y por ende nos
permite determinar la misma información.
Figura 3. Diámetro del pistón y carrera del balancín en función de la tasa esperada
Para una tasa existen en la Tabla 1 y Figura 3 varias combinaciones de
carreras de balancín, velocidades y diámetros de pistón posibles a utilizar. Para
seleccionar una de estas combinaciones de deben utilizar los siguientes criterios:
- Tomar la menor carrera posible, ya que ello implica un balancín de menor
tamaño y por ende de menor costo.
- Escoger el menor diámetro de pistón posible.
Nota: tanto el gráfico como la tabla anterior consideran una eficiencia de bombeo
de 100%. Esta es una eficiencia ideal que varia dependiendo de las condiciones
de operación existentes en cada campo. Generalmente, los valores de esta se
ubican entre 50 y 70%. Para generar la tabla/gráfico para cualquier otra eficiencia,
se debe multiplicar la tasa esperada contenida en la Tabla 1 por la eficiencia
estimada.
B. Diámetro de la bomba
El diámetro del barril de la bomba se calcula con la siguiente expresión:
donde
= diámetro de la bomba [pulg]
= diámetro del pistón [pulg]
C. Tolerancia (Fit)
E. Longitud de la bomba
La longitud de la bomba (en pies) se selecciona de acuerdo a la carrera
máxima del balancín según la siguiente tabla.
La siguiente tabla contiene los nombres con que se conocen los tipos de sarta de
cabillas.
donde:
= peso del fluido sobre el pistón a condiciones actuales [lbs]
= profundidad de la bomba en [pies]
= área del pistón de la bomba
= área de la cabilla [pulg]
= Longitud de la sección [pie]
= Longitud de la sarta [pie]
= gravedad especifica del fluido del pozo
= gravedad especifica de petróleo
= gravedad especifica del agua del pozo
Esfuerzo máximo
donde:
= Máximo esfuerzo para cada sección (Lpc)
= peso del fluido sobre el pistón de la bomba (lbs)
= factor de impulso (factor de aceleración del balancín)
= peso de las cabillas en el aire (lbs)
= área de la cabilla tope
Esfuerzo mínimo
donde:
Carga máxima sobre la barra pulida [lbs]
= peso del fluido sobre el pistón [lbs]
= peso total de la sarta de cabillas [lbs]
B. Cálculo del torque sobre la caja de engranajes
donde,
carga máxima sobre la barra pulida [lbs]
= recorrido de la barra pulida
= carga mínima sobre barra pulida [lbs]
donde,
= peso total de sarta de cabillas
= recorrido de la barra pulida
= velocidad de bombeo
= gravedad especifica del fluido del pozo
donde:
= potencia del motor (HP)
= potencia hidráulico
= potencia para superar la fricción
= presión del cabezal
= factor de seguridad. Para:
Balancines convencionales y balanceados por aire = 1.5
Unitorque = 1.25
= levantamiento neto del fluido(pie)
= Nivel dinámico (pies).
= Eficiencia del motor.
donde:
= diámetro de la polea (pulg)
= velocidad de bombeo.
= revoluciones por minutos de motor.
= diámetro de volante del balancín según el tipo de unidad
= factor constante del fabricante según el tipo del balancín (relación de
engranaje).